Vedci vylepšili kyborg šváby. Diaľkovo ovládaný hmyz sa po novom dokáže pohybovať aj pod vodou
Vedci vytvorili miniatúrny potápačský oblek pre kyborg šváby. Hmyz vďaka nemu prežije pod vodou až tri hodiny a môže pomáhať v zatopených troskách či tuneloch.
Po zemetrasení alebo záplavách nebýva najväčší problém len samotná sutina, ale aj voda v nej. Zatopené štrbiny, potrubia či úzke medzery dokážu zastaviť kameru, človeka aj malého robota.
Práve na takéto situácie mysleli vedci z Nanyang Technological University v Singapure a Wasedovej univerzity, keď obliekli šváby do miniatúrneho potápačského obleku. Hoci to znie bizarne, riešenie funguje: živý hmyz sa vďaka nemu dokáže pohybovať pod vodou až tri hodiny.
Kyborg hmyz nie je nový nápad. Ide o živý hmyz vybavený elektronickými modulmi, ktoré usmerňujú jeho pohyb.. Keďže na chôdzu využívajú vlastné svaly, potrebujú oveľa menej energie než malé umelé roboty s motormi a batériami. Problém bol doteraz inde. Hmyz dýcha vzduch. Šváb dýcha cez drobné otvory na hrudníku, takzvané spirákuly, ktoré mu pri ponorení jednoducho prestanú fungovať.
Namiesto kyslíkovej fľaše dostal šváb malý chemický generátor
Vedci v štúdii publikovanej v Nature Communications nevsadili na zložitú elektroniku, ale na chémiu. Do 3D tlačenej priehľadnej nádržky z PMMA živice, teda materiálu podobného plastu, vložili špongiu s oxidom manganičitým. Keď do nej vstrekli zriedený peroxid vodíka a otvor uzavreli UV lepidlom, spustila sa reakcia: oxid manganičitý rozkladá peroxid vodíka na vodu a kyslík. Ten potom putuje cez silikónové hadičky priamo k prieduchom švába. V praxi ide o miniatúrnu kyslíkovú nádrž, ktorú hmyz unesie na vlastnom tele.
Samotná chémia však nestačila. Keď vedci najprv pripevnili generátor kyslíka na chrbát švába, zvýšili mu ťažisko približne na 1,7 centimetra a hmyz sa pri pohybe pod vodou prevracal. Zariadenie preto presunuli na zadnú časť bruška a uzavreli ho do tenkostenného ohybného krytu tvarovaného podľa tela švába. Kryt má hrúbku len jeden milimeter, je vyrobený z pružnej živice a na prednej strane ho utesňuje tenká nitrilová membrána, ktorá sa prispôsobuje pohybu tela počas chôdze.
Neprehliadni
„Kľúčovou inžinierskou výzvou bolo postaviť systém dostatočne malý, ľahký a ohybný, aby ho hmyz vôbec mohol nosiť, a zároveň produkujúci dostatok kyslíka na dlhodobý pohyb pod vodou,“ uviedol profesor Shinjiro Umezu z Wasedovej univerzity. „Náš prístup kombinuje mäkký vodotesný kryt s jednoduchým, no spoľahlivým chemickým generátorom kyslíka.“
Vyrobiť kyslík nestačilo. Vedci ho museli dostať priamo do tela švába
Najkomplikovanejšou časťou bolo napojiť miniatúrne hadičky priamo na prieduchy. Šváb má na hrudníku dva páry takýchto otvorov a každý pár vyzerá trochu inak. Predné prieduchy sú otvorenejšie a tvoria akýsi žliabok, ďalšie majú len malý otvor. Vedci preto navrhli dva rôzne typy konektorov: jeden v tvare malej lyžičky a druhý ako tenkú trubičku s vnútorným priemerom 0,3 milimetra. Hadičky sa po experimente dajú zložiť bez bolesti či poranenia hmyzu, uvádzajú autori.
Na testovanie použili madagaskarského švába syčavého, teda druh, ktorý sa vo výskume kyborg hmyzu používa najmä pre svoju veľkosť, odolnosť a absenciu krídel. Vedci postavili plastové trubice, ktoré simulovali rôzne prostredia vrátane zaplavených tunelov naplnených oxidom uhličitým. Išlo teda o kombináciu vody a prostredia s nízkym obsahom kyslíka. Šváby s oblekom zostali aktívne a pohybovali sa pod vodou až tri hodiny. Bežný šváb bez obleku sa pritom vo vode udusil v priebehu niekoľkých minút.
Šváby už nemajú ostať len v laboratóriu. Vedci ich chcú poslať do trosiek
Tím z NTU Singapore pod vedením profesora Hirotaku Sata vyvíja kyborg hmyz viac ako desať rokov. Podľa univerzity už takéto systémy nasadili aj pri skutočnej záchrannej operácii Operation Lionheart po zemetrasení s magnitúdou 7,7 v Mjanmarsku 28. marca. Teraz ich chcú ďalej rozvíjať aj na kontrolu verejnej infraštruktúry.
„Skutočné katastrofické miesta môžu byť po silnom daždi alebo záplave veľmi náročné. Voda môže zablokovať prístupové cesty v troskách, kanáloch a úzkych medzerách. Rozšírením operačných možností nášho kyborgického hmyzu o pohyb pod vodou veríme, že môžu posilniť záchranné operácie,“ povedal profesor Sato.
Okrem záchranárstva tím vidí uplatnenie aj pri kontrole zaplavených potrubí, odtokov, kanálov a tunelov. Do budúcnosti plánujú oblek testovať v simulovaných katastrofických prostrediach, zvýšiť jeho odolnosť a doplniť senzory či navigáciu. Koncept by sa podľa autorov mohol časom upraviť aj pre iné druhy suchozemského hmyzu, napríklad kobylky alebo chrobáky, ktoré majú podobný dýchací systém s prieduchmi.
Šváb, ktorého ľudia bežne vyháňajú z domovov, tak môže dostať úplne inú úlohu. S elektronickým batohom, silikónovými hadičkami a vlastnou zásobou kyslíka sa z neho môže stať prieskumník pre miesta, kde voda, úzke štrbiny a trosky zastavia aj malého robota.
