En gruppe forskere utførte et veldig spesielt eksperiment på en kakerlakk i en studie publisert i Naturkommunikasjon. Forskerteamet til Fan og Sato, fra Nanyang teknologiske universitet of Singapore har bygget og gjort kakerlakken «kledd» en liten en «mutt» som lar ham puste selv under vann, og transformerer ham til det forfatterne definerer som en amfibie cyborg-insekt. På denne måten kan insektet holde seg i vannet selv i tre timer uten problemer, kryss oversvømmede tunneler og klem deg gjennom sprekker som er bare to centimeter høye. Målet er imidlertid ikke å lage en akvatisk kakerlakk. Tanken er mye mer praktisk og er å gjøre disse små systemene i stand til også utforske oversvømmede miljøer. Hvis teknologien fortsetter å utvikle seg, kan den en dag bli tatt i bruk under redningsaksjoner etter et jordskjelven flom eller kollaps av en bygning, går inn i for trange rom eller for risikabelt for redningsmenn og til og med for mange roboter designet for denne typen intervensjon.
Hvorfor bruke en kakerlakk i det hele tatt: resistente dyr
Hvis målet er å gå inn i ruinene eller klemme seg inn i en sprekk på noen centimeters bredde, vil det være naturlig å tenke på en liten robot. Problemet er at når roboter blir veldig små, de tekniske vanskelighetene øker også. Batterier, motorer og kretser tar plass og ved å redusere størrelsen reduseres uunngåelig også autonomien. Av denne grunn har noen forskere valgt en annen vei. I stedet for å bygge en robot fra bunnen av, de utnytter et dyr som allerede har alt den trenger for å bevege seg: kakerlakken går takket være musklene og henter energi fra stoffskiftet. Lagt til elektronikk flytter det ikke fremover, men de tjener bare til å lede dens bevegelser. På denne måten forblir energiforbruket til det «robotiske» systemet ekstremt lavt. Så er det en annen fordel: Kakerlakker er ekstremt motstandsdyktige dyrkan de presse seg inn i svært trange åpninger og bevege seg lett gjennom rusk, rør og andre komplekse miljøer hvor mange små roboter ville ha problemer med å fortsette. I denne studien ble lo spesielt brukt Madagaskar hvesende kakerlakk (Gromphadorhina portentosa), som er stor og sterk nok til å bære vekten til den tiltenkte enheten.
Vannproblemet løst med en liten undervanns «våtdrakt».
For å få systemet til å fungere, men problemet med puste. En kakerlakk, faktisk, den er ikke i stand til å overleve lenge under vann. Den har ikke lunger, men puster gjennom små hull fordelt langs thorax og mage, kalt spirakler, hvorfra oksygen transporteres inn i kroppen via et nettverk av bittesmå kanaler luftrør. Når disse hullene er dekket av vann, blir luftstrømmen avbrutt og dyret lider raskt av kvelning.
For å gjøre den operativ selv under vann, måtte forskerne derfor designe en ekte Miniatyr «dykkerdress».. Enheten består av tre hovedelementer:
- fleksibelt vanntett skall som omslutter magen av kakerlakken som hindrer vann i å komme inn.
- en liten en oksygengenerator.
- veldig tynne rør som transporterer oksygen direkte til insektets spirakler.
For å sjekke hvor lenge luftreserven varte forskerne overvåket oksygenet inne i drakten under forsøkene. En milliliter hydrogenperoksid var nok til å produsere omtrent 6,2 milliliter oksygen. I løpet av de første minuttene steg nivået raskt, og nådde en gjennomsnittlig konsentrasjon på 47,4 % etter omtrent åtte minutter. Så begynte han å redusere sakte.
Selv etter tre timer var det imidlertid fortsatt lik 14,8 %, en mengde som ifølge forfatterne gjør at kakerlakken kan fortsette å puste uten problemer. Når denne verdien synker under 5 %, insektaktiviteten synker dramatisk og risikoen for død øker. Forfatterne sjekket også at enheten hadde ingen negative effekter på dyr. Fem kakerlakker ble observert i tre dager etter forsøkene, alle er det overlevende og fortsatte å oppføre seg normalt. Generatortemperaturen holdt seg også stabil, og svingte mellom 23,6 og 24 °C, uten å produsere nok varme til å forstyrre insektet.
Krysser mellomrom der ingenting annet kan passere
Senere også forskerne endret systemet eliminere den eksterne ryggsekken som inneholder elektronikken og plassere disse komponentene inniinnsiden av kakerlakkens kropp. På denne måten klarte insektet å passere gjennom en nedsenket sprekk bare 2 centimeter høyen størrelse som representerer et hinder både for insekter med utvendige ryggsekker og for mange små amfibieroboter. Videre gjør denne konfigurasjonen systemet mer stabil og reduserer risikoen for at en komponent setter seg fast under utforskning.
En nedsenkningstid på opptil 2-3 timer
Det mest tydelige resultatet gjelder nettopp dykketid. En vanlig kakerlakk, helt nedsenket, slutter å bevege seg innen omtrent to minutter. Med dykkerdressen, i stedet forble insektene aktive og fortsatte å svare på kommandoer i to eller tre timer. Bevegelseshastigheten holdt seg også ganske høy. På bakken avanserte kakerlakken i gjennomsnitt med 87,5 millimeter per sekund, under vann sank hastigheten litt til 78,4 millimeter per sekunden reduksjon på ca. 10 %, hovedsakelig på grunn av den større motstanden som utøves av vannet. Ettersom timene gikk, avtok ytelsen gradvis på grunn av effekten av utmattelsemen etter tre timer fortsatte insektet fortsatt å bevege seg.
Testen under de vanskeligste forhold
For å teste om systemet kan være nyttig i situasjoner som ligner en virkelig katastrofe, bygde forskerne en lang tunnel 1,7 meter med to hekk på rad. Der første seksjon den var fylt med karbondioksid. Denne gassen, i høye konsentrasjoner, kan raskt forårsake en tilstand av immobilitet hos insekter. I stedet andre seksjonvar helt nedsenket i vann. De ikke-fellende kakerlakkene sluttet nesten umiddelbart å reagere på stimuli i den karbondioksidrike sonen eller ble kvelet innen 45 sekunder etter å ha blitt nedsenket. Dyrene ble deretter gjenfunnet og de kom seg til fulle etter å ha blitt returnert til luften. De som var utstyrt med våtdrakter, krysset imidlertid begge områdene uten problemer mens de beholdt en normal bevegelsesevne. I alle de tre testene som ble utført, klarte de å fullføre ruten!
