Roboti velikosti brouka by mohli nenápadně proniknout na nepřátelské území, zjistit tam důležité informace či položit nástrahu a ještě se vrátit zpět. Problémem však je, jak vybavit takového robota energií – běžné baterie z něj udělají zařízení příliš těžké pro let.

Vědci z americké University of Michigan nedávno odzkoušeli zařízení, které by takovým robotům umožnilo získávat energii pro svůj vlastní pohon.

Sen o broučím robotovi, který může plnit řadu úkolů nejen na bojišti, ale prakticky ve všech špatně přístupných oblastech typu požářišť či závalů, na sebe již mnoho let bere podobu konstruování tzv. „létajících mikrozařízení“ (angl. micro air vehicles, MAV).

I když inženýři již poměrně dobře zvládají naučit roboty létání i manévrování, celý projekt MAV přeci jen naráží na jisté hranice.

Jednou z nich je nutnost vézt vlastní baterii, která však dělá z původně zamýšleného mikrorobota zařízení mající do „mikro“ rozměrů daleko. Američtí inženýři pod vedením Ethema E. Aktakka se proto rozhodli najít pro hmyzí roboty vlastní zdroj energie. Nevyužili však robota, ale rovnou kyborga.

Sázka na kyborgy

Konstrukční problémy létajících robůtků přinutily v poslední době většinu vědeckých týmů světa, aby pomyslný souboj inženýrů s miliony let trvající evolucí vzdali a obrátili se k přírodě samotné.

Výsledkem má být kombinace brouka a stroje. Tělo by poskytla příroda, lidé by dodali jen řídící a navigační řízení, které má podobu implantátů do nervové tkáně. „Takoví hmyzí kyborgové jsou s ohledem na jejich aerodynamiku, délku doletu a skladování energie mnohem efektivnější, než jakýkoliv robot vzešlý výhradně z lidských rukou,“ říká Ethem Aktakka.

Přes to však stále musí řešit jeden významný problém: svůj díl energie si vyžaduje i ta složka, která je do kyborga dodaná člověkem.

Většina brouků, která byla doposud využívána tímto způsobem, však musela mít rozměry, které naznačuje i jméno skupiny, do níž je systematikové řadí: zlatohlávci tribu Goliathini. Hmyzí obr rozhodně není v přírodě nic nenápadného, a inženýři proto musí zmenšovat.

Energie ze samotného létání

Jak k takovému zmenšení dojít? Cest se nabízí několik: buď zmenšit energetické nároky zařízení, zvýšit efektivnost baterie, nebo využít zbytkovou energii uvolněnou při letu brouka. Aktakkův tým se vydal třetí ze zmíněných cest.

Pro své experimenty využil brouka, který je s dříve využívanými goliáši sice příbuzný, a má proto podobně robustní stavbu těla, ale podstatně menší: dosahuje velikosti sotva 3 cm.

Základní princip zařízení, které tým inženýrů pod vedením Ethema Aktakky využil, je vědě znám již dlouho. Jedná se o tzv. piezoeletrický jev. Jisté látky totiž při mechanickém namáhání (např. ohýbání, natahování atd.) produkují na své povrchu elektrický náboj, jenž lze využít k vytvoření elektrického proudu. Aktakkův tým pracoval se  speciální slitinou olova, zirkonia a titanátu.

Spirála drží rekord

Z této slitiny vyrobili vědci dva typy generátorů, aby mohli porovnat jejich výkon. Jeden z nich měl tvar tyčinky, druhý spirály. Oba typy byly připevněny na štítě (thorax) brouka. Oba typy odebíraly energii z vibrací, které vzbudila činnost létacích svalů.

Experimenty ukázaly, že spirální tvar tyčinkovitý co do výkonnosti významně převýšil. Zatímco spirála byla schopna vygenerovat až 22,5 mikrowattu, u tyčinky se podařilo dosáhnout pouze na 7,5 mikrowattu v upraveném případě až 11,5 mikrowattu.

Potenciál spirály odhadují vědci až na 45 mikrowattů, což by na pohon menšího zařízení mohlo stačit. Vědci však předpovídají, že výkon zařízení by stoupl o celý řád, kdyby se jim podařilo připojit generátor přímo ke svalům brouka, které pohánějí křídla.

V Michiganu se tedy možná brzy začne psát nová kapitola ve vývoji hmyzích kyborgů.

Kde brát pohon pro létající kyborgy?

*Během doby, po kterou inženýři hledají ideální design pro „létající mikrozařízení“ se vyskytla již řada variant, jak dodávat zařízení na jejich palubě potřebnou energii.

*U létajících kyborgů, tedy u kombinací skutečného hmyzu se strojem, přichází v úvahu například zařízení, které by převádělo na elektrickou energii teplo vlastního broučího těla. *Další z možných cest je zařízení sbírající energii z vibrací vznikajících při letu, založené na magnetismu.

*Konečně třetí ze zvažovaných možností jsou sluneční kolektory. Ty však mají nevýhodu v tom, že mění svou výkonnost podle míry slunečního svitu.