Tuta da sub per scarafaggio cyborg che consente il salvataggio subacqueo / Diving suit for cyborg cockroach enables underwater rescue
Tuta da sub per scarafaggio cyborg che consente il salvataggio subacqueo / Diving suit for cyborg cockroach enables underwater rescue
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Primo piano dell'insetto cyborg e della nuova tuta da sub, dotata di tubi che si collegano ai fori di respirazione dell'insetto e di un generatore di ossigeno montato sul retro della tuta / Close-up of the cyborg insect and the new diving suit, which has tubes that connect to the breathing holes of the insect and an oxygen generator mounted at the rear of the suit
Lo studio condotto dalla NTU di Singapore e dall'Università di Waseda in Giappone potrebbe ampliare l'utilizzo di insetti cyborg nelle missioni di ricerca e soccorso, in particolare nelle zone colpite da disastri dove macerie, pozzanghere o spazi parzialmente sommersi possono bloccare l'accesso ai robot convenzionali. Il lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista Nature Communications.
Gli insetti cyborg sono insetti viventi dotati di controller elettronici che ne guidano i movimenti. Poiché utilizzano i muscoli dell'insetto stesso per muoversi, richiedono molta meno energia rispetto ai piccoli robot artificiali, che necessitano di batterie ad alta potenza a bordo per alimentare motori e altre componenti.
Tuttavia, gli insetti cyborg dipendono ancora dagli spiracoli nel loro apparato respiratorio, che permettono all'aria di entrare nel sistema tracheale per lo scambio gassoso. Quando sono immersi, non possono assorbire ossigeno dall'acqua, il che rende il funzionamento sott'acqua una limitazione fondamentale.
Nei test, gli scienziati hanno costruito tubi di plastica che simulavano vari ambienti, come tunnel allagati riempiti di anidride carbonica per replicare un ambiente a basso contenuto di ossigeno.
Grazie alla nuova tuta, gli insetti cyborg potevano rimanere attivi e muoversi sott'acqua per un massimo di tre ore.
In una dichiarazione, il responsabile del progetto, il professor Hirotaka Sato, della Scuola di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della NTU di Singapore, ha affermato: "La nostra nuova tuta subacquea per insetti funziona come la bombola di ossigeno utilizzata dai subacquei umani. Genera ossigeno e lo fornisce direttamente ai fori respiratori dell'insetto.
"Questo è importante perché i veri siti disastrati possono essere difficili da raggiungere dopo forti piogge od alluvioni, con vie di accesso bloccate tra le macerie, i canali di scolo e gli stretti passaggi. Ampliando i parametri operativi dei nostri insetti cyborg per includere la navigazione subacquea, crediamo che possano migliorare le operazioni di ricerca e soccorso."
Il professor Shinjiro Umezu, della Scuola di Scienze Creative e Ingegneria dell'Università di Waseda, ha dichiarato: "La principale sfida ingegneristica è stata quella di costruire un sistema che fosse piccolo, leggero e sufficientemente flessibile da poter essere indossato dall'insetto, pur producendo abbastanza ossigeno per consentire movimenti subacquei di lunga durata.
“Il nostro approccio combina un guscio morbido ed impermeabile con un generatore chimico di ossigeno semplice ma affidabile. Ciò consente all'insetto di mantenere la sua naturale mobilità, proteggendolo al contempo da un ambiente in cui normalmente non potrebbe sopravvivere.”
Come funziona
La tuta subacquea è composta da una bombola per la generazione di ossigeno, un guscio flessibile e quattro tubi in silicone per l'erogazione di ossigeno. Insieme, formano un sistema compatto ed autonomo che impedisce all'acqua di entrare, fornendo al contempo ossigeno agli spiracoli dello scarafaggio.
Il serbatoio per la generazione di ossigeno, stampato in 3D utilizzando una resina trasparente di tipo PMMA, contiene una spugna rivestita di biossido di manganese che funge da catalizzatore. Per avviare l'erogazione di ossigeno, il gruppo ha iniettato una piccola quantità di perossido di idrogeno diluito nel serbatoio. L'apertura è stata poi sigillata con un adesivo a base di raggi ultravioletti per impedire perdite di liquido.
All'interno del contenitore, il biossido di manganese decompone lentamente il perossido di idrogeno rilasciando ossigeno. L'ossigeno viene quindi convogliato attraverso il guscio flessibile ed i tubi di silicone fino agli spiracoli dello scarafaggio, permettendogli di respirare sott'acqua.
I tubicini sono attaccati agli spiracoli toracici dell'insetto e, secondo i ricercatori, possono essere incapaci di volare, una specie comunemente utilizzata nella ricerca sugli insetti cyborg per essere rimossi in seguito senza dolore né danni.
I ricercatori hanno poi testato la loro tuta su uno scarafaggio sibilante del Madagascar, delle sue dimensioni e della sua robustezza.
Questo lavoro si basa su oltre un decennio di ricerca sugli insetti cyborg presso la NTU, dove il professor Sato ha sviluppato insetti cyborg per applicazioni terrestri, marine ed aeree.
I suoi insetti cyborg sono stati impiegati in operazioni di ricerca e soccorso, come l'Operazione Lionheart per il terremoto di magnitudo 7.7 in Myanmar del 28 marzo 2025, e sono ora in fase di ulteriore sviluppo per l'ispezione delle infrastrutture pubbliche.
Sono in corso ulteriori studi per testare la tuta subacquea a forma di insetto cyborg in ambienti che simulano disastri, per migliorarne la resistenza e per integrare sensori e sistemi di navigazione per l'utilizzo sul campo.
ENGLISH
Scientists have developed a flexible ‘diving suit’ for cyborg cockroaches that enables them to survive and move in underwater or low-oxygen environments.
The study from NTU Singapore and Japan’s Waseda University could expand the use of cyborg insects in search-and-rescue missions, particularly in disaster zones where flooded rubble, puddles or partially submerged spaces can block access for conventional robots. The work is detailed in Nature Communications.
Cyborg insects are living insects fitted with electronic controllers that guide their movement. Because they use the insect’s own muscles to move, they require far less power than small artificial robots, which need high-power onboard batteries to drive motors and other parts.
However, cyborg insects still depend on spiracles in their respiratory system that allow air to enter the tracheal system for gas exchange. When submerged, they cannot take in oxygen from water, thereby making underwater operation a fundamental limitation.
In tests, the scientists built plastic tubes that simulated various environments, such as flooded tunnels filled with carbon dioxide to replicate a low-oxygen environment.
With the new suit, the cyborg insects could remain active and move underwater for up to three hours.
In a statement, project lead Professor Hirotaka Sato, from the School of Mechanical and Aerospace Engineering, NTU Singapore, said: “Our new insect diving suit works like the oxygen tank used by human divers. It generates oxygen and delivers it directly to the insect’s breathing holes.
“This is important because real disaster sites can be challenging after heavy rain or flooding, blocking access routes in the rubble, drains and narrow gaps. By expanding the operating parameters of our cyborg insects to include underwater travel, we believe that they can enhance search and rescue efforts.”
Professor Shinjiro Umezu, School of Creative Science and Engineering, Waseda University, said: “The key engineering challenge was to build a system that was small, light and flexible enough for the insect to wear, while still producing enough oxygen for long-duration underwater movement.
“Our approach combines a soft waterproof shell with a simple yet reliable chemical oxygen generator. This allows the insect to retain its natural mobility while being protected from an environment that it cannot normally survive in.”
How it works
The underwater suit consists of an oxygen-generation tank, a flexible shell, and four silicone oxygen-supply tubes. Together, they form a compact, self-contained system that excludes water while delivering oxygen to the cockroach’s spiracles.
The oxygen-generation tank, 3D-printed using a transparent PMMA-type resin, contains a manganese dioxide-coated sponge that acts as a catalyst. To start the oxygen supply, the team injected a small amount of diluted hydrogen peroxide into the tank. The opening was then sealed with ultraviolet adhesive to prevent liquid leakage.
Inside the tank, the manganese dioxide slowly breaks down the hydrogen peroxide and releases oxygen. The oxygen is then channelled through the flexible shell and silicone tubes to the cockroach’s spiracles, allowing it to breathe underwater.
The tubes are attached to the insect’s thoracic spiracles and can be removed later without pain or harm, the researchers claim.
The researchers then tested their suit on a flightless Madagascar hissing cockroach, a species commonly used in cyborg insect research because of its size and robustness.
The work builds on more than a decade of cyborg insect research at NTU, where Prof Sato has developed cyborg insects for applications across land, sea and air.
His cyborg insects have been deployed in search and rescue operations, such as Operation Lionheart for the 7.7 magnitude earthquake in Myanmar on March 28, 2025 and are now being further developed for public infrastructure inspection.
Further work is underway to test the cyborg insect diving suit in simulated disaster environments, improve its durability, and to integrate sensors and navigation systems for field use.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/cyborg-cockroach-diving-suit-enables-underwater-rescue?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20300626%20-%20Tuesday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fcyborg-cockroach-diving-suit-enables-underwater-rescue&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer
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