Kreuzung aus Roboter und Seeschnecke 21.07.2016, 11:36 Uhr

Lebendige Maschine soll im Ozean versunkene Flugschreiber aufspüren

US-amerikanische Forscher haben einen Bio-Hybrid gebaut. Dieser Roboter kombiniert ein Skelett aus dem 3D-Drucker mit Muskeln aus dem Mund einer Seeschnecke, dem Kalifornischen Seehasen. Diese Kreatur soll künftig zum Beispiel die Black Box von über dem Ozean verschollenen Flugzeugen aufspüren.

Dieser Mini-Roboter besitzt ein Skelett aus dem 3D-Drucker. Seine Muskeln stammen aus dem Mund einer Seeschnecke. Der nur fünf Zentimeter kleine tierische Bio-Hybrid ist lernfähig.

Dieser Mini-Roboter besitzt ein Skelett aus dem 3D-Drucker. Seine Muskeln stammen aus dem Mund einer Seeschnecke. Der nur fünf Zentimeter kleine tierische Bio-Hybrid ist lernfähig.

Foto: Victoria Webster/Case Western Reserve University

Im Science-Fiction-Werk „Der Schwarm“ lässt Autor Frank Schätzing die verschiedensten Meeresbewohner den Aufstand gegen die böse Menschheit erproben. Wale und Würmer verbreiten Angst und Schrecken. Wenn sich in einer Szene Millionen von Kleinkrebsen aus dem Meer erheben und fast im Gleichschritt in die Dörfer einfallen, so hat das ein ziemlich hohes Gruselpotential. Großen Nutzen für die Menschen verspricht sich hingegen ein US-Forscherteam der Case Western Reserve University in Cleveland von seinem jetzt vorgestellten Prototyp eines Bio-Hybrids. Er soll in Serie gehen.

Bio-Hybrid sollen den Meeresboden absuchen

Die Kreuzung aus Roboter und einer Seeschnecke, dem Kalifornischen Seehasen, soll in Zukunft in Schwarmstärke den Meeresboden zum Beispiel nach untergegangenen Schiffen, Lecks von Ölförderanlagen oder auch Black Boxen aus über dem Ozean verschollenen Flugzeugen suchen.

Gefundene Black Box der am 19. Mai 2016 über dem östlichen Mittelmeer abgestürzten Egypt-Air-Maschine. Der Airbus war mit 66 Menschen an Bord auf dem Weg von Paris nach Kairo.

Gefundene Black Box der am 19. Mai 2016 über dem östlichen Mittelmeer abgestürzten Egypt-Air-Maschine. Der Airbus war mit 66 Menschen an Bord auf dem Weg von Paris nach Kairo.

Quelle: Civil Aviation Ministry/dpa

Diese robusten Aufzeichnungsgeräte liegen mit ihren wertvollen Daten oft in einer großen Meerestiefe und können zur Klärung der Unfallursache beitragen. Sie zu finden ist oft extrem langwierig und überfordert oft die Batterieleistung bisheriger Roboter.

Seehase ist sehr anpassungsfähig

Genau deshalb dient auch der Seehase als Lieferant des biologischen Anteils am Roboter. Denn dieser Meeresbewohner kommt mit Schwankungen der Wassertemperatur und Änderungen im Salzgehalt erstaunlich gut zurecht. In seinem Siedlungsgebiet, dem Pazifischen Ozean, verschieben Strömungen ständig seine natürliche Umgebung. Mal ist es Tiefenwasser, mal sind es seichte Becken. Im Vergleich mit den Muskeln von Säugetieren und Vögeln, die alle geregelte Umgebungen benötigen, um effektiv zu arbeiten, sind die Schnecken erheblich anpassungsfähiger. Zudem besitzt diese Gattung sehr große Neuronen, die sich sogar ohne Mikroskop präparieren lassen.

„Wir bauen eine lebendige Maschine“

Zunächst probierten die Wissenschaftler es mit einzelnen Muskelzellen der Seeschnecken, waren aber mit dem Ergebnis nicht zufrieden und experimentieren mit ganzen Muskeln. Die Forscher haben letztlich aus dem Mund des Seehasen einen Muskel entnommen und diesen mit flexiblen Teilen aus dem 3D-Drucker als eine Art von Skelett kombiniert. Nun hilft dieser Muskel dem fünf Zentimeter kleinen Roboter, sich zu bewegen.

„Wir bauen eine lebendige Maschine – einen biohybriden Roboter, der nicht vollständig organisch ist“, sagt Victoria Webster, Doktorandin am Biorobotics Lab der Universität und Leiterin der Forschungsgruppe. „Mit der Verbindung der zwei Materialien können wir einen Bot erschaffen, der die verschiedensten Aufgaben lösen kann, die weder ein normales Tier noch ein rein menschengemachter Roboter kann“, ergänzt ihr Kollege Roger Quinn, Professor der Ingenieurswissenschaften an der Case Western University.

„Er ist lernfähig“

Gesteuert werden die Bewegungen der Muskeln durch ein externes elektrisches Feld. So zockelt der Bio-Hybrid im Schneckentempo von nur vier Millimeter pro Minute durch die Gegend. In der nächsten Version des Zwitterwesens wollen die Wissenschaftler Ganglien, also Bündel von Neuronen und Nerven, die im lebenden Seehasen Signale an die Muskeln senden, wenn dieser sein Mahl aus roten und braunen Algen einnimmt, als organische Regler einsetzen.

„Mit den Ganglien ist der Muskel in der Lage, sehr viel komplexere Bewegungen im Vergleich zu einer künstlichen Steuerung auszuführen“, erklärt Webster. „Und er ist lernfähig.“ Ebenfalls arbeiten die Forscher mit dem Strukturprotein Kollagen aus der Haut der Seeschnecke, um daraus ein organisches Gerüst für den Bot zu bauen. Irgendwie beängstigend ist das schon – und hätte durchaus das Potenzial für eine Romanvorlage.

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.

Quelle: Karaghen Hudson/dpa

US-Forscher haben auch schon einen künstlichen Rochen geschaffen. Dieses Mischwesen hat ein Skelett aus Gold, eine Kunststoffhülle und 200.000 Herzmuskelzellen von Ratten. Gesteuert wird es mit Lichtsignalen.

 

Von Detlef Stoller

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