Kenjiro Fukuda, RIKEN
Avez-vous déjà pensé que vous verriez un cafard cyborg qui fonctionne à l’énergie solaire et porte un sac à dos qui ressemble à un circuit électrique ? Une équipe de chercheurs de l’institut de recherche japonais RIKEN a transformé un cafard sifflant de Madagascar en un véritable insecte cyborg en connectant une batterie au lithium, une cellule solaire, plusieurs fils et un minuscule circuit électronique. Le cyborg peut être contrôlé à l’aide de signaux Bluetooth, et les chercheurs suggèrent qu’à l’avenir, de tels robots pourraient être utilisés pour des missions de recherche et de sauvetage.
Les chercheurs qualifient leur cyborg de système hybride insecte-ordinateur, et il intègre un insecte vivant comme plate-forme et un mini-système électronique comme contrôleur. Fondamentalement, c’est un biobot qui peut être contrôlé comme un robot, mais il a le pouvoir d’explorer et de naviguer dans un environnement complexe avec la compétence d’un insecte. Les chercheurs affirment que les insectes cyborgs pourraient même battre les robots mous traditionnels lorsqu’il s’agit de naviguer utilement dans le monde réel.
Passer au solaire
En gardant à l’esprit la forme du corps du cafard de 6 cm de long, les chercheurs ont conçu un sac à dos en polymère qui pourrait transporter tout l’équipement électronique sans déranger l’insecte lorsqu’il se déplaçait. Le sac à dos contenait un contrôleur électronique, une batterie au lithium et plusieurs fils. Chaque fil était connecté au contrôleur d’un côté et à différentes pattes du cafard de l’autre.
Chaque fois que les chercheurs veulent que le cafard bouge, ils envoient un signal Bluetooth au circuit imprimé, qui transmet le courant électrique aux jambes via les fils. Ces courants imitent les entrées sensorielles qui ordonnent au cafard de se déplacer vers la droite ou vers la gauche, en profitant du comportement réflexif. Le cerveau du cafard est toujours nécessaire pour activer ses muscles et faire bouger le cafard.
Cependant, les chercheurs se sont vite rendu compte qu’un insecte cyborg pouvait être obligé de fonctionner pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines. La minuscule batterie au lithium ne suffira pas à répondre aux besoins énergétiques pendant aussi longtemps et, comme le cerveau du cafard est intact, il peut abandonner toute mission pour laquelle il a été envoyé et s’enfuir.
Pour augmenter l’approvisionnement en énergie, une cellule solaire ultra-mince a été créée et plantée sur l’abdomen du cafard pour surmonter ce problème. Malgré une épaisseur de seulement 4×10⁻³ mm, la cellule solaire fournissait 50 fois la puissance nécessaire à l’unité de contrôle. Malheureusement, il était assez large pour gêner le mouvement du cafard. Lors des premiers tests, les chercheurs ont découvert que l’insecte se déplaçait à la moitié de sa vitesse d’origine et qu’à chaque fois qu’il se retournait ou tombait, il ne pouvait pas revenir à son orientation normale.
Les chercheurs ont apporté quelques ajustements à la position et à la disposition de la cellule, et finalement, ils ont pu équiper le cafard cyborg d’une cellule solaire et d’une batterie fournissant 17,2 mW de puissance.
Tout en expliquant plus en détail l’importance de l’unité de cellules solaires, des chercheurs et l’un des auteurs de l’étude, Kenjiro Fukuda, ont déclaré à Ars Technica : « Pour accomplir la tâche de sauvetage urbain, les insectes cyborg contiennent des ordinateurs pour contrôler la locomotion, des capteurs pour la recherche [for] personnes et dispositif de communication sans fil. Ceux-ci nécessitent 10 à 100 mW de consommation électrique totale. Par conséquent, les dispositifs de récupération d’énergie montés sur les insectes sont cruciaux pour augmenter la gamme d’activités et de fonctionnalités des biobots.
Il a également déclaré que d’autres scientifiques ont proposé d’autres types de biorobots allant des robots papillons aux coléoptères cyborg. Cependant, la plupart de ces insectes cyborgs manquent de dispositifs de récupération d’énergie sur leur corps car la surface et la charge du dispositif de récolte altèrent considérablement leur mobilité. Ainsi, l’ajout d’un dispositif de récupération d’énergie approprié (la cellule solaire) pour recharger l’unité de contrôle électronique sur un insecte cyborg a été l’une des principales réalisations de leurs recherches.
Cyborgs contre robots mous
Il peut sembler plus pratique et facile d’utiliser des robots mous au lieu d’insectes cyborgs pour des missions de recherche et de sauvetage. Les robots mous n’abandonneraient jamais la mission comme des cafards cyborgs ; De plus, ils peuvent être rendus plus rapides et plus efficaces. Alors, pourquoi avons-nous besoin d’insectes cyborg ? La réponse est l’énergie et le coût – pour transformer un cafard en cyborg, tout ce dont nous avons besoin est un circuit miniature, une source d’énergie, quelques fils, une unité de contrôle et un sac à dos en polymère. Un robot mou est entièrement fabriqué à partir de rien.
Bien que connecter les fils aux pattes d’un cafard puisse sembler fastidieux, le temps nécessaire pour construire un robot mou est plus long. De plus, ces robots ont des besoins énergétiques élevés par rapport à leurs homologues insectes. « Nous contrôlons la locomotion des insectes en utilisant des signaux électriques vers les nerfs sensoriels. Cette approche nécessite une consommation électrique d’environ 100 uW, ce qui est bien inférieur à la consommation électrique requise des actionneurs mobiles pour les petits robots (généralement 100 mW ou plus) », a déclaré Fukuda.
En plus d’avoir les capacités d’un robot, un cafard cyborg navigue dans un environnement en utilisant les informations qu’il reçoit de ses sens naturels. C’est quelque chose qu’un robot mou ne peut jamais accomplir, et par conséquent, les chercheurs affirment que les insectes cyborgs pourraient fournir une meilleure assistance lors des missions de recherche et de sauvetage par rapport à toute autre technologie. Fukuda et son équipe envisagent maintenant de créer des versions cyborg d’autres types d’insectes, y compris ceux qui peuvent voler.
npj Flexible Electronics, 2022. DOI : 10.1038/s41528-022-00207-2 (à propos des DOI)
Rupendra Brahambhatt est une journaliste et cinéaste expérimentée. Il couvre l’actualité scientifique et culturelle et, au cours des cinq dernières années, il a travaillé activement avec certaines des agences de presse, magazines et marques médiatiques les plus innovantes opérant dans différentes parties du monde.