Учёные получили энергию от тел жуков-киборгов

Жуки, задействованные в эксперименте, достигали двух сантиметров в длину (фото Ethem Erkan Aktakka).

Исследователи на практике выяснили, сколько электричества можно получить от взмахов крыльев жуков. Такой сбор энергии пригодится для питания миниатюрных сенсоров, переносимых самими насекомыми.

По меньшей мере в трёх университетах США вот уже несколько лет работают над превращением жуков в летающих киборгов. Интегрированная электроника (камеры, микрофоны, датчики веществ) позволила бы таким созданиям выступать в роли незаметных разведчиков, инспекторов окружающей среды и так далее.

В 2009 году учёные впервые добились произвольно контролируемого полёта живого жука, выполнявшего команды оператора, словно радиоуправляемая модель. Но электроника, которую насекомое тащило на спине, питалась от крошечной батарейки, а это не позволяло рассчитывать на длительное применение киборга в поле. Вот если бы жук ещё сам себя подзаряжал…

Прежде чем монтировать генераторы на самого жука, учёные подвесили насекомое в жёстком креплении и с помощью тонкой палочки из пьезоэлектрического материала измерили усилия, развиваемые насекомым в разных точках его тела. При этом от движений подопечного удалось снять до 115 микроватт мощности (фото Ethem Erkan Aktakka, University of Michigan).

Теперь профессор Халил Наджафи (Khalil Najafi) и докторант Этхем Эркан Актакка (Ethem Erkan Aktakka) из университета Мичигана продемонстрировали решение проблемы.

Учёные разработали несколько вариантов миниатюрных пьезоэлектрических генераторов, закрепляемых на спинах животных. Концы этих упругих балок касаются надкрылий и колеблются вслед за движениями жесткокрылых.

В роли подопытных выступали зелёные июньские жуки (Cotinis nitida). Актакка и Наджафи поэкспериментировали с разными точками размещения генераторов, а также измерили доступные отклонения концов балок, развиваемые насекомым усилия и мощности.

Два начальных прототипа, установленные непосредственно на насекомом, позволили снять с него 11,5 и 7,5 микроватта при частоте колебаний крыльев 85-100 герц (жук был закреплён в лабораторной установке).

Далее был создан улучшенный образец в виде крошечной спирали. Для него даже была разработана технология производства из монолитного куска пьезоэлектрического материала: тонкую спираль вырезали фемтосекундным лазером.

Каждый испробованный в опыте пьезоэлектрический генератор занимает объём в считанные кубические миллиметры и весит доли грамма (фото Ethem Erkan Aktakka, University of Michigan).

Последняя модель была испытана на устройстве, имитирующем крылья жука. Система развивала усилие, равное ранее измеренному на живом создании.

Эта спираль выдала мощность уже в 18,5-22,5 микроватта. Авторы опыта предположили, что размещение на насекомом пары подобных генераторов (по одному на крыло) позволит получать более 45 мкВт электричества. В дальнейшем экспериментаторы намерены не просто поместить финальный образец на жука, но и испытать его в свободном полёте.

Кроме того, новаторы высчитали, что если подсоединить подобные микрогенераторы напрямую к летательным мускулам, доступную бортовой электронике мощность можно будет поднять ещё в десять раз. Но это уже идея на перспективу, как и снабжение надкрыльев насекомого гибкими солнечными ячейками.

Таким жука-разведчика авторы работы видят в отдалённой перспективе (иллюстрация Ethem Erkan Aktakka).

Итоги проделанной работы подведены в статье в Journal of Micromechanics and Microengineering (дополнительно можно посмотреть описание проекта в PDF-документе).

Добавим также, что финансировались эти эксперименты исследовательским агентством Пентагона DARPA в рамках программы по интеграции микроэлектромеханических систем и насекомых (Hybrid Insect MEMS), стартовавшей в 2006 году.



Американцы удачно испытали управляемое гиперзвуковое оружие

21 ноября 2011

В продажу поступил пуленепробиваемый планшет

8 ноября 2011

Обнародована новая модель военного андроида

1 ноября 2011

Началось соревнование восстановителей измельчённых документов

31 октября 2011

Разработка летающих броневиков перешла в новую фазу

28 октября 2011
  • Издеваются над бедными насекомыми...
    ОтветитьНравится
  • Пётр Первяков  28 ноября, 10:41
    Просто расширили список вьючных животных.
    ОтветитьНравится
  • Иван Петров  25 ноября, 15:58
    Вот подключат их к сети — сразу станет интересней. Можно будет отправлять их вместо себя на работу. И анонимность перестанет существовать как понятие. Да много чего придумать можно.
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  25 ноября, 16:29
    какое извращение! мучить животных окружающей среды, чтобы инспектировать окружающую среду....:-(
    ОтветитьНравится
  • Александр Макаров  27 ноября, 00:34
    Они же не животные, а насекомые, а значит члены общества защиты животных могут спать спокойно...)))
    ОтветитьНравится
  • Пётр Первяков  28 ноября, 10:39
    Насекомые тоже животные.
    ОтветитьНравится
  • Александр Максаков  30 ноября, 02:48
    Инспекция среды не стоит затрат производства , не будьте наивными
    ОтветитьНравится
  • Максим Селиванов  25 ноября, 16:52
    Странное дело, над бактериями/мухами/мышами опыты делать можно, над майскими жуками нельзя?
    ОтветитьНравится
  • Юрий Каландаришвили  25 ноября, 18:07
    Над человекоподобными обезьянами можно, а над майскими жуками нельзя?
    ОтветитьНравится
  • Ольга Добрая  28 ноября, 16:54
    это не майский жук, а июньский. Майские коричневенькие и крупнее...а июньские зелененькие и их гораздо меньше по численности.
    ОтветитьНравится
  • Алан Гибизов  25 ноября, 16:58
    Особо на комаров предлагаю навешивать побольше, чтоб жужжали с пользой для обчества, кровопивцы!

    Вот зимой будет хуже... Жуки улетают на теплый юг... Остаемся мы с белыми мухами. На них вешай — не вешай, толку не будет.
    В общем, это все только для теплых стран и ограниченного летнего использования.

    P.S. А еще разведчикам и шпиенам это просто обязательно надо понавешивать на каждую мышцу, сколько на батарейках для ихних шпиёнских передатчиков государство сэкономит!

    ОтветитьНравится
  • Юрий Новиков  25 ноября, 17:52
    а вместо батарейки к водителю сердечного ритма фиковину на основание ребра и остистый отросток- чтоб гнулася при дыхательных движениях или между двумя остистыми отростками запросто.
    ОтветитьНравится
  • Роман Кириенко  25 ноября, 18:30
    Мало движений и редко... Такая схема как тут (пьезоэлектрических датчиков) для человека не подходит: проволока постоянно будет травмировать мягкие ткани, там где они постоянно в движении.
    ОтветитьНравится
  • Роман Кириенко  25 ноября, 18:31
    *тьфу, пьезоэлектрических генераторов
    ОтветитьНравится
  •   25 ноября, 19:03
    Наконец-то человек отомстил насекомым! То они паразитировали на человеке, а теперь человек будет паразитировать на них!

    Глядишь — и на вошь скоро наденут видеокамеру и заставят ее бегать по хозяину и шпионить за ним.

    ОтветитьНравится
  • Александр Максаков  30 ноября, 02:47
    Человек вообще паразит , паразитирует на теле планеты...
    ОтветитьНравится
  •   25 ноября, 19:04
    Вот еще в голову пришло: а может, наконец научат муравьев тому, что они успешно в сказках делают: разбирать смесь из разных круп?
    ОтветитьНравится
  • Александр Лалетин  27 ноября, 00:46
    Это розовые мечты, а в реальности их будут учить убивать, так что радоваться нечему.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Номеров  27 ноября, 16:59
    Когда ж наши подкуют блоху подошвами, вырабатывающими энергию от блошиных прыжков? Определенный опыт ведь уже есть... :)
    ОтветитьНравится
  • Евгений Толкаченко  28 ноября, 23:09
    Обильно посыпаем с десяток таких жучков спорами сибирской язвы и отправляем дистанционно неугодным в квартиру......
    ОтветитьНравится
  •   30 ноября, 19:07
    Насчет муравьев — это я вспомнил, как у нас в институте преподаватель по термодинамике пытался доказать, что процессы, повышающие беспорядок, фундаментальны в природе.

    Начал он с растворения солей в воде, а кончил смешиванием соли и сахара. Тут ему сказали, что муравьи могут этот процесс смешивания обратить. Тогда он сказал, что они на это потратят энергию. На что ему кто-то заметил, что наевшись сахара, они наоборот обретут энергию.

    ОтветитьНравится
  • и сколько надо жуков что бы зажечь лапочку
    ОтветитьНравится