Un module de contrôle rechargeable par PV pour les « cyber-cafards »

D’après pv magazine International

Des chercheurs du Cluster for Pioneering Research (CPR), une unité du centre de recherche japonais Riken, ont mis au point un module de contrôle rechargeable entièrement alimenté par une cellule solaire organique et une petite batterie. Ce module peut être fixé sur de véritables insectes pour inspecter des zones dangereuses ou surveiller des environnements urbains.

« L’appareil actuel n’est pas équipé de la géolocalisation, mais si nous ajoutons ce système, nous pourrons savoir où se trouvent les insectes une fois la mission achevée, afin d’ôter les modules, a expliqué Kenjiro Fukuda à pv magazine. Les modules sont collés sur le corps des insectes et se retirent à la main ou si besoin à l’aide d’un agent de décollage ».

Selon les scientifiques, le dispositif PV ultra-souple et les composants électroniques ultrafins placés sur l’abdomen de l’insecte n’entravent pas ses mouvements et permettent un contrôle de la locomotion sans fil et rechargeable remarquable. Le module de contrôle est décrit dans l’article « Integration of body-mounted ultrasoft organic solar cell on cyborg insects with intact mobility », récemment publié dans la revue Flexible Electronics.

« Le “sac à dos” a été conçu à l’aide d’une modélisation 3D précise et imprimée en 3D avec un polymère élastique, ont-ils précisé. La structure colonnaire à la base épouse la forme incurvée de l’abdomen ».

La cellule solaire présente un rendement de conversion énergétique de 7,96 %, une tension de circuit ouvert de 1,98 V, un courant de court-circuit de 28,3 mA et un facteur de remplissage de 0,564. Le module de la cellule solaire fixé à la surface incurvée du modèle imprimé en 3D a affiché une tension de circuit ouvert de 1,92 V, un courant de court-circuit de 22,8 mA et un facteur de remplissage de 0,394.

« Le déclin du facteur de remplissage est lié à la baisse de la résistance en dérivation, en raison de l’augmentation du courant de fuite au cours du processus de fixation », ont précisé les universitaires, en indiquant que la puissance de sortie de la cellule était plus de 50 fois supérieure à celle des dispositifs de captage d’énergie actuellement utilisés sur des insectes vivants. « Il faut être en mesure de les contrôler à distance sur de longues périodes. Cela nécessite le contrôle sans fil de leurs pattes, alimenté par une minuscule batterie rechargeable. […] S’il est possible de construire des stations de recharge pour la batterie, le fait de devoir faire demi-tour pour recharger risque d’interrompre des missions urgentes. La meilleure solution consiste donc à inclure une cellule solaire embarquée pour garantir que la batterie reste chargée en continu ».

La technologie de contrôle sans fil se placerait sur les pattes de l’insecte et serait alimentée par une minuscule batterie au lithium-polymère rechargeable. « Le module ultrafin de la cellule solaire organique a confirmé l’efficacité de la stratégie consistant à recharger la batterie sur des insectes vivants en mouvement, a déclaré le groupe japonais. Les fonctions séparées des composants situés sur le thorax et l’abdomen ont permis l’utilisation autonome prolongée des cyber-insectes ».

« Étant donné la déformation du thorax et de l’abdomen observée au cours des déplacements habituels des insectes, un système électronique hybride composé d’éléments rigides et flexibles sur le thorax et de dispositifs ultra-souples sur l’abdomen semble être efficace pour les cyber-cafards, récapitule Kenjiro Fukuda. Ces déformations au niveau de l’abdomen n’étant pas propres aux blattes, notre stratégie peut être adaptée à d’autres insectes dans le futur, par exemple les scarabées, voire même des insectes volants comme des cigales ».

En 2017, un autre groupe de recherche du Riken a mis au point un dispositif photovoltaïque ultrafin enveloppé dans des films étirables et étanches qui continue de générer de l’électricité solaire même après avoir séjourné dans l’eau ou été exposé à un stress mécanique comme un passage à la machine à laver. L’efficacité des dispositifs dotés d’un revêtement double face décroît de seulement 5,4 % après immersion dans l’eau pendant 120 minutes. De plus, d’après les conclusions d’une étude publiée dans Nature Energy, l’efficacité des dispositifs reste de 80 % de leur valeur initiale même après une compression mécanique de 52 % pendant 20 cycles avec 100 minutes d’exposition à l’eau.