Учёные испытали генератор энергии для насекомых

Учёные нашли способ, который позволит питать энергией миниатюрные сенсоры устанавливаемые на насекомых.

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…

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.

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.

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.