Une combinaison de plongée pour cafards cyborgs pourrait améliorer les opérations de recherche et de sauvetage.
infohightech ·
Des scientifiques de l'Université technologique de Nanyang (Singapour) et de l'Université Waseda ont mis au point une combinaison de plongée flexible pour des cafards cyborgs, leur permettant de survivre et de se déplacer sous l'eau et dans des environnements pauvres en oxygène pendant trois heures. Publiée aujourd'hui dans Nature Communications , l' étude pourrait étendre l'utilisation des insectes cyborgs aux missions de recherche et de sauvetage, notamment dans les zones sinistrées où les décombres, les flaques d'eau ou les espaces partiellement submergés peuvent bloquer l'accès aux robots conventionnels.
Les insectes cyborgs sont des insectes vivants dotés de contrôleurs électroniques qui régissent leurs mouvements. Puisqu'ils utilisent leurs propres muscles pour se déplacer, ils consomment beaucoup moins d'énergie que les petits robots artificiels, qui nécessitent des batteries embarquées de forte puissance pour alimenter les moteurs et autres composants.
Cependant, les insectes cyborgs dépendent toujours de leur système respiratoire naturel. Les blattes respirent par de petits orifices appelés stigmates, qui permettent à l'air de pénétrer dans le système trachéal pour les échanges gazeux. Immergées, elles ne peuvent plus absorber d'oxygène de l'eau.
Lors d'essais, les scientifiques ont construit des tubes en plastique simulant divers environnements, comme des tunnels inondés et remplis de dioxyde de carbone pour recréer un milieu pauvre en oxygène. Grâce à cette nouvelle combinaison, les insectes cyborgs ont pu rester actifs et se déplacer sous l'eau pendant trois heures.
La direction d'un cafard cyborg peut être contrôlée par simple pression d'un bouton. Crédit : Y. Kakei et al. npj Flex. Electron . 6, 78 (2022)
Le professeur Hirotaka Sato, de l'École d'ingénierie mécanique et aérospatiale de l'Université technologique de Nanyang (NTU) de Singapour, qui a dirigé l'étude, a déclaré : « Notre nouvelle combinaison de plongée pour insectes fonctionne comme la bouteille d'oxygène utilisée par les plongeurs humains. Elle génère de l'oxygène et l'achemine directement vers les orifices respiratoires de l'insecte, permettant ainsi au cafard cyborg de survivre et de se déplacer sous l'eau ou dans des environnements pauvres en oxygène. »
« C’est important car les lieux de catastrophes réelles peuvent s’avérer difficiles d’accès après de fortes pluies ou des inondations, les décombres, les égouts et les passages étroits bloquant les voies d’accès. En élargissant les paramètres opérationnels de nos insectes cyborgs pour inclure les déplacements sous-marins, nous pensons qu’ils peuvent améliorer les opérations de recherche et de sauvetage. »
Le professeur Shinjiro Umezu, de l'École des sciences et de l'ingénierie créatives de l'Université Waseda, a déclaré : « Le principal défi technique consistait à concevoir un système suffisamment petit, léger et flexible pour que l'insecte puisse le porter, tout en produisant suffisamment d'oxygène pour des déplacements sous-marins de longue durée. »
« Notre approche associe une enveloppe souple et imperméable à un générateur d'oxygène chimique simple mais fiable. Cela permet à l'insecte de conserver sa mobilité naturelle tout en étant protégé d'un environnement dans lequel il ne peut normalement pas survivre. »
Comment fonctionne la combinaison de plongée ?
La combinaison sous-marine se compose de trois parties : un réservoir de production d’oxygène, une enveloppe flexible et quatre tubes d’alimentation en oxygène en silicone. Ensemble, ils forment un système compact et autonome qui empêche l’eau de pénétrer tout en acheminant l’oxygène directement aux stigmates du cafard.
Le réservoir de génération d'oxygène a été imprimé en 3D à l'aide d'une résine de type PMMA, un matériau transparent semblable à du plastique. À l'intérieur du réservoir, les chercheurs ont placé une éponge recouverte de dioxyde de manganèse, qui sert de catalyseur.
Pour amorcer l'alimentation en oxygène, l'équipe a injecté une petite quantité de peroxyde d'hydrogène dilué dans le réservoir. L'ouverture a ensuite été scellée avec un adhésif ultraviolet pour éviter toute fuite de liquide.
À l'intérieur du réservoir, le dioxyde de manganèse décompose lentement le peroxyde d'hydrogène et libère de l'oxygène. Ce dernier est ensuite acheminé, via la coque flexible et les tubes en silicone, jusqu'aux stigmates du cafard, lui permettant ainsi de respirer sous l'eau.
Les tubes sont fixés aux stigmates thoraciques de l'insecte et peuvent être retirés ultérieurement sans douleur ni dommage, ont indiqué les chercheurs.
Les chercheurs ont ensuite testé leur combinaison sur la blatte siffleuse de Madagascar, une espèce couramment utilisée dans la recherche sur les insectes cyborgs en raison de sa taille, de sa robustesse et de l'absence d'ailes. Ainsi, cet insecte cyborg terrestre devient un cyborg amphibie capable d'évoluer aussi bien en terrain sec qu'humide.
Ces travaux s'appuient sur plus d'une décennie de recherche sur les insectes cyborgs menée à l'Université technologique de Nanyang (NTU), où Sato a développé des insectes cyborgs destinés à des applications terrestres, maritimes et aériennes. Ses insectes cyborgs ont été déployés lors d'opérations de recherche et de sauvetage, comme l'opération Lionheart suite au séisme de magnitude 7,7 qui a frappé le Myanmar le 28 mars, et sont actuellement perfectionnés pour l'inspection des infrastructures publiques.
Des travaux supplémentaires sont en cours pour tester la combinaison de plongée de l'insecte cyborg dans des environnements de catastrophe simulés, améliorer sa durabilité et intégrer des capteurs et des systèmes de navigation pour une utilisation sur le terrain.
Au-delà des opérations de recherche et de sauvetage, ces résultats suggèrent également des applications possibles pour l'inspection des canalisations, des égouts, des tunnels et autres infrastructures difficiles d'accès inondés.
L'équipe a indiqué que, dans le futur, le concept de combinaison de plongée pourrait potentiellement être adapté à d'autres insectes cyborgs terrestres, notamment d'autres espèces de blattes, des criquets et des coléoptères. Ces insectes partagent des structures corporelles et des systèmes respiratoires similaires, où l'oxygène pénètre par des stigmates appariés et est distribué par un réseau interne de tubes aériens.