日本理化学研究所（简称“理研”）开拓研究本部的专任研究员福田健次郎和主任研究员染谷孝雄、早稻田大学大学院创造理工学研究科教授梅津信二郎、新加坡南洋理工大学副教授佐藤裕崇等组成的国际联合研究团队，开发出了一种全长约6厘米的半机械昆虫（马达加斯加蟑螂），它可以通过贴在其身上的有机太阳能电池的电力进行操作。相关论文已发表在《npj Flexible Electronics》网络版上。
可充电的半机械昆虫（马达加斯加蟑螂），身长约6厘米（供图：理化学研究所）
研究人员将超薄有机太阳能电池模块粘在机械蟑螂的腹部，并将3D打印出来的背包粘在其胸部，里面装有无线运动控制模块和电池。当控制端通过电信号发出“右转、“左转”等指令时，会对其尾叶（尾部的感觉器官）施加电刺激，从而控制行进方向。
图1 半机械昆虫的概要及3D打印背包（供图：理化学研究所）
（左）在昆虫腹部的背侧粘贴超薄有机太阳能电池模块，通过柔软的背包将无线运动控制模块和电池（锂聚合物电池）粘贴在其胸部的背侧。为了向昆虫输入刺激信号，控制运动的刺激电极是用银线连接到名为尾叶的感觉器官上的。
（右）用3D打印机制作的软背包采用柱状构造，其形状来自昆虫胸部背侧的曲面，能适应不同蟑螂之间的个体差异，电子设备可以稳固地安装在不同的个体身上。
昆虫在移动时腹部会发生变形，导致腹节有部分重叠，因此在将聚合物薄膜上制作的超薄型有机太阳能电池（3μm厚）贴在腹部背侧时，采用了交替配置粘接剂区和非粘接剂区的踏脚石构造。在进行障碍物翻爬实验时发现，该构造可以保持与没有粘贴电池板时相同水平的翻爬性能。
此外还通过实验确认，昆虫从翻倒状态恢复到正常状态的爬起能力会随着薄膜变厚而降低，但是粘贴踏脚石构造的超薄有机太阳能电池后，翻身成功率与没有粘贴时基本相同。
图2 超薄有机太阳能电池安装于腹部（供图：理化学研究所）
通过采用粘接剂区和非粘接剂区交替的踏脚石构造，薄膜保留了一定程度的变形自由度，当腹部弯曲时薄膜能向外侧弯曲。
粘贴的超薄型有机太阳能电池模块的有效面积为3.96平方厘米，最大输出功率达到17.2毫瓦。
试验证实，对活的半机械昆虫照射模拟阳光充电30分钟后，发现可以进行约2分钟的连续无线通信，并确认到实际可以按照指示左右移动。
福田专任研究员介绍说：“机器昆虫的课题在于需要大量的电力才能操作，但如果使用活体，就能以节能的方式控制昆虫。此次的无线移动控制模块和电池是手工制作的，所以体积很大（6.5克）。但将来我们希望可以做得更薄更小，并安装各种传感器，使其能够用于灾害时从废墟中寻找需要救援的人等用途。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：npj Flexible Electronics
标题：Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility
DOI：10.1038/s41528-022-00207-2
