日本理化學研究所（簡稱「理研」）開拓研究本部的專任研究員福田健次郎和主任研究員染谷孝雄、早稻田大學大學院創造理工學研究科教授梅津信二郎、新加坡南洋理工大學副教授佐藤裕崇等組成的國際聯合研究團隊，開發出了一種全長約6釐米的半機械昆蟲（馬達加斯加蟑螂），它可以透過貼在其身上的有機太陽能電池的電力進行操作。相關論文已發表在《npj Flexible Electronics》網路版上。
可充電的半機械昆蟲（馬達加斯加蟑螂），身長約6釐米（供圖：理化學研究所）
研究人員將超薄有機太陽能電池模組粘在機械蟑螂的腹部，並將3D列印出來的揹包粘在其胸部，裏面裝有無線運動控制模組和電池。當控制端透過電訊號發出「右轉、「左轉」等指令時，會對其尾葉（尾部的感覺器官）施加電刺激，從而控制行進方向。
圖1 半機械昆蟲的概要及3D列印揹包（供圖：理化學研究所）
（左）在昆蟲腹部的背側粘貼超薄有機太陽能電池模組，透過柔軟的揹包將無線運動控制模組和電池（鋰聚合體電池）粘貼在其胸部的背側。爲了向昆蟲輸入刺激訊號，控制運動的刺激電極是用銀線連接到名爲尾葉的感覺器官上的。
（右）用3D列印機製作的軟揹包採用柱狀構造，其形狀來自昆蟲胸部背側的曲面，能適應不同蟑螂之間的個別差異，電子設備可以穩固地安裝在不同的個體身上。
昆蟲在行程時腹部會發生變形，導致腹節有部分重疊，因此在將聚合體薄膜上製作的超薄型有機太陽能電池（3μm厚）貼在腹部背側時，採用了交替配置粘接劑區和非粘接劑區的踏腳石構造。在進行障礙物翻爬實驗時發現，該構造可以保持與沒有粘貼電池板時相同水平的翻爬性能。
此外還透過實驗應答，昆蟲從翻倒狀態恢復到常態的爬起能力會隨着薄膜變厚而降低，但是粘貼踏腳石構造的超薄有機太陽能電池後，翻身成功率與沒有粘貼時基本相同。
圖2 超薄有機太陽能電池安裝於腹部（供圖：理化學研究所）
透過採用粘接劑區和非粘接劑區交替的踏腳石構造，薄膜保留了一定程度的變形自由度，當腹部彎曲時薄膜能向外側彎曲。
粘貼的超薄型有機太陽能電池模組的有效面積爲3.96平方釐米，最大輸出功率達到17.2毫瓦。
試驗證實，對活的半機械昆蟲照射類比陽光充電30分鐘後，發現可以進行約2分鐘的連續無線通信，並應答到實際可以按照指示左右行程。
福田專任研究員介紹說：「機器昆蟲的課題在於需要大量的電力才能操作，但如果使用活體，就能以節能的方式控制昆蟲。此次的無線行程控制模組和電池是手工製作的，所以體積很大（6.5克）。但將來我們希望可以做得更薄更小，並安裝各種感測器，使其能夠用於災害時從廢墟中尋找需要救援的人等用途。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：npj Flexible Electronics
標題：Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility
DOI：10.1038/s41528-022-00207-2
