Antrieb mit Herzmuskelzellen 08.07.2016, 12:15 Uhr

Dieser Rochen ist halb Roboter und halb Lebewesen

Ein Skelett aus Gold, eine Kunststoffhülle und 200.000 Herzmuskelzellen von Ratten. Mit diesen Komponenten schwimmt ein künstlicher Rochen aus den USA. Forscher steuern das Mischwesen mit Lichtsignalen.

Das biologische Vorbild, Leucoraja erinacean, ist handtellergroß. Der Roboter-Rochen (links) hingegen ist 16 mm lang und wiegt 10 mg. 

Das biologische Vorbild, Leucoraja erinacean, ist handtellergroß. Der Roboter-Rochen (links) hingegen ist 16 mm lang und wiegt 10 mg. 

Foto: Karaghen Hudson/dpa

Auf der Außenhülle des künstlichen Rochens sitzen 200.000 Herzmuskelzellen von Ratten. Das Erbgut der Zellen haben Forscher der Harvard University in Cambridge allerdings so verändert, dass sie sich auf Lichtsignale hin zusammenziehen. Die Kontraktion bewirkt eine Abwärtsbewegung der Flossen, die für Rochen typisch ist. Die Aufwärtsbewegung erfolgt hingegen passiv. Das Skelett aus Gold speichert einen Teil der Energie der Abwärtsbewegung, die die Flosse wieder aufwärts bewegt.

Der künstliche Rochen ist ein Projekt der sogenannten Soft-Robotic – eine relativ junge Disziplin der Robotik, in der Forscher weiche und harte Materialien nach biologischen Vorbildern kombinieren. Vorbild war in diesem Fall Leucoraja erinacean, ein handflächengroßer Rochen.

Der Roboter-Rochen (links) hat ein Skelett aus Gold. Es speichert einen Teil der Energie der Abwärtsbewegung der Flosse. Die Aufwärtsbewegung erfolgt dann passiv. 

Der Roboter-Rochen (links) hat ein Skelett aus Gold. Es speichert einen Teil der Energie der Abwärtsbewegung der Flosse. Die Aufwärtsbewegung erfolgt dann passiv.

Quelle: Karaghen Hudson/Sung-Jin Park/dpa

Sein künstliches Pendant ist noch kleiner. Der Roboter-Rochen ist nur 16 mm lang, findet also auf einer Ein-Euro-Münze Platz, und wiegt lediglich 10 mg.

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Mischwesen bewegt sich mit 1,5 mm/s

Im Fachmagazin Science berichten die Forscher von erfolgreichen Schwimmversuchen. Sie können die linke und rechte Flosse mit Lichtsignalen getrennt aktivieren und den Roboter so lenken. Mit einer Geschwindigkeit von 1,5 mm/s kann das Mischwesen elegant an Hindernissen vorbeischwimmen. Einziger Wermutstropfen: Der künstliche Rochen kann sich nur in einer Nährstofflösung bewegen, da ansonsten die Herzmuskelzellen absterben würden.

Blick auf den künstlichen Rochen. Auf seiner Oberfläche sitzen Herzmuskelzellen von Ratten, die sich auf Lichtsignale hin zusammenziehen. Dadurch kann der Roboter in einer Nährstofflösung schwimmen. 

Blick auf den künstlichen Rochen. Auf seiner Oberfläche sitzen Herzmuskelzellen von Ratten, die sich auf Lichtsignale hin zusammenziehen. Dadurch kann der Roboter in einer Nährstofflösung schwimmen.

Quelle: Karaghen Hudson/dpa

Mit Soft Robotics beschäftigen sich auch Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Sie haben eine Roboter-Forelle entwickelt, die sich dank einer weichen Silikonhülle ähnlich geschmeidig bewegen soll wie ihr biologisches Vorbild. Um den Schwanz zu bewegen, leitet der Roboter abwechselnd Kohlendioxid in zwei Kammern. Gespeichert ist das Gas in einer Druckflasche.

Und wozu das Ganze? Der künstliche Fisch soll zukünftig zum Einsatz kommen, um die Gewohnheiten von Fischschwärmen zu erforschen.

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Heuschrecken werden zu Cyborgs

Forscher der Washington Universität in St. Louis bauen nicht Roboter nach biologischen Vorbildern, sondern machen Tiere kurzerhand zu Cyborgs. Ihr Rezept: Sie kapern das Gehirn von Heuschrecken mit Elektroden. Sie lesen Gerüche aus, die das Tier mit seinen empfindlichen Antennen wahrnimmt, und speichern die Daten auf einem Chip auf dem Rücken. Die Cyborg-Heuschrecken könnten in Zukunft in verdächtigen Regionen auf Sprengstoffsuche gehen.

 

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitet als freiberuflicher Journalist für Zeitschriften und Onlinemagazine wie die VDI Nachrichten und Ingenieur.de.

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