Die flachen Körper von Kakerlaken lassen sie in Bereiche gelangen, die für Menschen unerreichbar sind – und das, ohne Spuren zu hinterlassen. Sie fressen fast alles und gelten als nahezu unzerstörbar.
All diese Eigenschaften machen sie unter anderem zu idealen Fortbewegungsmitteln für Such- und Rettungseinsätze – neben fragwürdigeren Verwendungszwecken wie Überwachung. Deshalb hielten ein Team der Universität Osaka in Japan und der Diponegoro-Universität in Indonesien Cyborg-Kakerlaken für eine gute Idee.
Cyborg-Kakerlaken für Such- und Rettungseinsätze
Das Konzept verbindet die Vorzüge beider Welten: die über Millionen Jahre Evolution auf das Durchqueren enger Räume und feindlicher Umgebungen abgestimmte Anatomie der Kakerlake und einige elektronische Impulse eines Hightech-Rucksacks, die das Tier zu einem vom Menschen bestimmten Ziel lenken.
„Die Entwicklung eines funktionsfähigen Roboters im kleinen Maßstab ist schwierig; wir wollten dieses Hindernis umgehen, indem wir die Dinge einfach halten“, erläutert Hauptautor Mochammad Ariyanto, Maschinenbauingenieur an der Diponegoro-Universität.
„Indem wir elektronische Geräte einfach an Insekten befestigen, können wir die Feinheiten der Robotikentwicklung umgehen und uns darauf konzentrieren, unsere Ziele zu erreichen.“
Seien wir ehrlich: Selbst die fortschrittlichsten Roboter bewegen sich noch ziemlich unbeholfen. Die Feinheiten tierischer Bewegungen haben unsere besten Automaten bislang nicht einmal ansatzweise entschlüsselt.
Besonders deutlich wird das bei der Fortbewegung in vertikaler Richtung: Wie alle Whovians wissen, kann schon eine gewöhnliche Treppe viele Roboter aushebeln. Eine Kakerlake dagegen erklimmt Wände, überwindet Begrenzungen, dringt in Rohre ein und hält sogar sauerstoffarme Umgebungen aus.
BIOBBN-System und Navigation in schwierigem Gelände
Statt bei null anzufangen, wollten die Forschenden prüfen, ob Madagaskar-Fauchschaben (Gromphadorhina portentosa) mit Sensoren ausgestattet werden können, die Bewegung, Hindernisse, Luftfeuchtigkeit, Temperatur und weitere Daten erfassen. Zusätzlich sollten Elektroden an Fühlern und Körper implantiert werden, um die Insekten lenken zu können.
Das gesamte System heißt „biohybrides verhaltensbasiertes Navigationssystem (BIOBBN)“ und beruht auf einer Reach-Avoid-Programmierung. Dabei geht es darum, einen festgelegten Ort zu erreichen und zugleich alle Hindernisse auf dem Weg zu meiden.
BIOBBN umfasst zwei Navigationsalgorithmen: einen für einfache Umgebungen und einen weiteren für komplexere Situationen.
„Das erste Navigationssystem konnte einen größeren und schwereren elektronischen Rucksack verwenden, während das zweite einen kompakteren, leichteren benötigte, um seine Navigation in komplexem Gelände zu ermöglichen“, schreiben die Autoren.
Die bio-gehackten Schaben wurden auf einem Hindernisparcours mit Sand, Steinen und Holz erprobt. Navigationsbefehle kamen nur sparsam zum Einsatz, damit der Cyborg sein Ziel erreichte. Ansonsten durften die Tiere ihren Weg weitgehend selbst finden, Hindernissen ausweichen oder sie überwinden und sich wieder aufrichten, wenn sie auf den Kopf gerieten.
„Dieser Algorithmus … nutzte die natürlichen Verhaltensweisen der Kakerlaken, etwa das Entlanglaufen an Wänden und das Klettern, um Hindernisse zu umfahren und zu überwinden“, schreiben die Autoren.
„Das dichtere zweite Szenario erforderte wegen der verstärkten Hindernisvermeidung und des natürlichen Kletterverhaltens mehr Zeit.“
Einsatzmöglichkeiten der Biohybrid-Roboter
Die Autoren hoffen, dass diese Insektenroboter gefährliche Trümmerfelder nach Kriegen und Naturkatastrophen untersuchen und sogar Überlebende sowie Rettungskräfte in Not aufspüren könnten. Sie können Daten aus Orten übermitteln, die für Menschen ungeeignet sind: aus engen Gebäuderohren, tiefen unterirdischen Tunneln und empfindlichen Stätten des Kulturerbes. Das Team verweist zudem auf ihren möglichen Nutzen für Überwachung – eine deutlich beunruhigendere Perspektive.
„Ich glaube, dass unsere Cyborg-Insekten Ziele mit weniger Aufwand und Energie erreichen können als rein mechanische Roboter“, sagt Keisuke Morishima, Ingenieur für Nassrobotik an der Universität Osaka.
„Unser autonomes biohybrides Navigationssystem überwindet Probleme, die Roboter traditionell vor Herausforderungen gestellt haben, etwa das Wiederaufrichten nach einem Sturz. Genau das wird benötigt, um das Labor zu verlassen und in realen Szenarien wie der Wildnis eingesetzt zu werden.“
Natürlich bleibt unklar, was die Kakerlaken selbst von all dem halten.
Die Forschung wurde in Soft Robotics veröffentlicht.
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