Ingenieure des California Institute of Technology (Caltech) haben eine Roboterqualle entwickelt und möchten mit ihr nun die Ozeane erforschen. Hierfür verpassten die Wissenschaftler echten Tieren eine Art Schrittmacher und einen High-Tech-Helm.
Natürliche Datensammler
Das Projekt, veröffentlicht in der Zeitschrift „Bioinspiration & Biomimetics“, wurde im Labor des Robo-Quallen-Pioniers John Dabiri, Professor für Luft- und Raumfahrt sowie Maschinenbau, durchgeführt. „Es ist bekannt, dass der Ozean für die Bestimmung unseres gegenwärtigen und zukünftigen Klimas an Land von entscheidender Bedeutung ist, und dennoch wissen wir immer noch erstaunlich wenig über den Ozean, insbesondere abseits der Oberfläche“, so Dabiri in einer Pressemitteilung. „Unser Ziel ist es, dies endlich zu ändern, indem wir einen unkonventionellen Ansatz verfolgen, der von einem der wenigen Tiere inspiriert ist, das bereits erfolgreich den gesamten Ozean erforscht“.
So möchte der Forscher seine Quallen als robotische Datensammler zu nutzen, um sie im Meer Informationen über Temperatur, Salinität und Sauerstoffgehalt sammeln zu lassen. In der Mitteilung heißt es entsprechend:
„Quallen können nicht viel mehr als schwimmen, stechen, essen und sich fortpflanzen. Sie haben nicht einmal ein Gehirn. Dennoch können diese einfachen Lebewesen auf eine Weise in die Tiefen der Ozeane vordringen, wie es der Mensch trotz all seiner Raffinesse nicht kann. Aber was wäre, wenn wir Menschen Quallen in unserem Namen die Ozeane erforschen lassen könnten und sie uns zurückmelden würden, was sie gefunden haben?“
Ursprünglich startete der Erfinder mit frühen Versuchen, einen mechanischen Roboter zu entwickeln, der wie eine Qualle schwimmt. Obwohl das Team erfolgreich einen solchen Roboter schuf, war dieser nie in der Lage, so effizient zu schwimmen wie eine echte Qualle. Also veränderten die Wissenschaftler ihren Blickwinkel und forschten an einem „Upgrade“ der Tiere selbst. „Quallen sind die ursprünglichen Entdecker der Ozeane, sie erreichen die tiefsten Winkel und gedeihen genauso gut in tropischen oder polaren Gewässern“, sagt Dabiri. „Da sie kein Gehirn und kein Schmerzempfinden haben, konnten wir mit Bioethikern zusammenarbeiten, um diese biohybride Roboteranwendung so zu entwickeln, dass sie ethisch vertretbar ist.“
Schrittmacher und Helm sorgen für Quallen-Upgrade
Also implantierten die Forscher den Quallen einen elektronischen Schrittmacher, der die Schwimmgeschwindigkeit kontrolliert. So fanden sie heraus, dass die Tiere, wenn sie schneller schwimmen als ihr normales Tempo, noch effizienter werden. Eine Qualle, die dreimal schneller schwimmt als normalerweise, verbraucht nur die doppelte Energiemenge.
Dann fügte das Forscherteam den Quallen einen sogenannten Vorderkörper hinzu, der wie ein Helm auf dem Tier platziert wird. „Ähnlich wie das spitze Ende eines Pfeils haben wir 3D-gedruckte Vorderkörper entworfen, um die Glocke des Quallenroboters stromlinienförmig zu gestalten, den Luftwiderstand zu verringern und die Schwimmleistung zu erhöhen“, sagt Studienautor Simon Anuszczyk. „Gleichzeitig haben wir mit dem 3D-Druck experimentiert, bis wir in der Lage waren, den Auftrieb sorgfältig auszubalancieren und die Qualle senkrecht schwimmen zu lassen.“ Auf diese Weise sollen die Tiere stromlinienförmiger werden und gleichzeitig einen Platz für Sensoren und andere elektronische Geräte erhalten.
Die Ergebnisse waren vielversprechend. So konnten die Tiere, wenn sie mit einer Kombination aus dem Schwimm-Pacemaker und dem Vorderkörper ausgestattet sind, bis zu 4,5-mal schneller schwimmen als natürliche Quallen, während sie zudem eine Nutzlast trugen.
Nun möchten die Forscher die Fähigkeiten ihrer bionischen Quallen weiter verbessern. Derzeit können sie nur dazu gebracht werden, in einer geraden Linie schneller zu schwimmen, wie es für die vertikalen Pfade bei der Tiefseemessung vorgesehen ist. Weitere Studien könnten sie jedoch auch steuerbar machen, sodass sie horizontal sowie vertikal gelenkt werden könnten.
Foto von Marat Gilyadzinov auf Unsplash