Cyborg-Kakerlaken im Tauchanzug: Insekten sollen Leben retten
Ein Forschungsteam verwandelt Riesen-Kakerlaken in ferngesteuerte Cyborgs. Dank eines winzigen Tauchanzugs können die robusten Bio-Drohnen künftig selbst in tiefen Pipelines und überfluteten Katastrophengebieten auf Rettungsmission gehen.
Die Idee, Insekten mit Elektronik zu modifizieren und sie zur Erkundung zu nutzen, ist nicht neu. Lebende Kakerlaken lassen sich durch Energieimpulse verhältnismäßig einfach steuern und sie können durch enge Spalten und Röhren kriechen, die für Menschen oder andere technische Mittel nicht erreichbar sind. Doch auch Kakerlaken sind auf Sauerstoff angewiesen. Sie können weder unter Wasser noch in giftiger Atmosphäre überleben.
Forscher aus Singapur und Japan entwickelt daher einen wasserfesten Schutzanzug für Kakerlaken. Die Forschenden bezeichnen die Schaben aufgrund der Verbindung eines Lebewesens mit elektronischen Komponenten als Cyborgs. Der amphibische Cyborg mit Tauchanzug befindet sich derzeit noch im Prototypen- und Validierungsstadium. Einige Tiere haben bereits praktische Tests absolviert.
Die Grundidee hinter dem Konzept ist, eine ferngesteuerte, lebendige Drohne zu entwickeln, die an Land und unter Wasser arbeiten könnte. Mögliche Einsatzszenarien sind die Erkundung in Katastrophengebieten sowie die Inspektion von Pipelines oder anderen engen Leitungssystemen.
Die Forscherinnen und Forscher stellten im Juni ihre Entwicklung im wissenschaftlichen Fachmagazin «Nature» vor.
Ein Tauchanzug isoliert den Cyborg von der Umgebung
Als «biologische Plattform» setzt das Team auf die Madagaskar-Fauchschabe (Gromphadorhina portentosa). Das ist eine große Kakerlakenart, die bis zu 88 Millimeter Körperlänge erreicht. Sie ist robust und lässt sich mit geringem Energieaufwand elektronisch steuern. Die Fernsteuerung erfolgt über einen winzigen Mikrocontroller, den die Fauchschabe wie einen Rucksack auf dem Rücken trägt. Er wandelt die digitalen Steuerbefehle in elektrische Reize um und überträgt sie an den Bewegungsapparat.
Das Insekt atmet durch vier spezielle Öffnungen am Körper, die sogenannten Stigmen. Hier lässt sich wie bei menschlichen Tauchern Sauerstoff zuführen. Dadurch kann das Insekt in sauerstoffarmen Umgebungen überleben.
Quelle: Nanyang Technological University, Waseda University
Der Tauchanzug besteht aus drei Komponenten: Eine flexible Hülle, die am Hinterleib der Kakerlake angebracht wird, isoliert das Insekt von Umwelteinflüssen. Darin ist ein passiver Sauerstoffgenerator untergebracht, der durch die Zersetzung von Wasserstoffperoxid Sauerstoff herstellt. Vier biegsame Schläuche leiten diesen zu den Stigmen. Dort werden sie mit Bienenwachs fixiert. Dieses dichtet die Öffnungen zugleich ab, sodass kein Wasser eindringen kann.
In verschiedenen Tests haben die Cyborgs ferngesteuert ihre Leistungsfähigkeit demonstriert. So mussten sie einen 170 Zentimeter langen Tunnel durchqueren, der sowohl mit CO2 gefüllte Bereiche als auch Wasserabschnitte enthielt. In einem Teich bewiesen die Cyborgs, dass sie unter Wasser durch enge Felsspalten kriechen können.
Dabei erreichen sie eine höhere Geschwindigkeit als die meisten rein mechanischen Roboter vergleichbarer Größe: Sie können pro Sekunde eine Strecke zurücklegen, die der Länge ihres Körpers entspricht. Dank des Tauchanzugs können die Cyborgs bis zu drei Stunden unter Wasser überleben und bewegungsfähig bleiben. Ohne den Anzug würden die Kakerlaken nach spätestens zwei Minuten ersticken.
Quelle: Nanyang Technological University, Waseda University
Die Wissenschaftler geben an, dass die Tiere nach den Tests nicht sterben müssen: Der Schutzanzug lässt sich wieder entfernen und die Versuchstiere wurden danach mehrere Tage beobachtet. Nach Angaben der Forschenden haben die Cyborgs die Tests überlebt und während der Beobachtungszeit normales Verhalten gezeigt. Ethische Fragen darüber hinaus behandeln die Autoren und Autorinnen der Studie nicht.
Zukunftsmusik: Autonomie statt Fernsteuerung
Aktuell müssen die Cyborgs für die Fernsteuerung noch von außen überwacht werden. Es gibt keine Kamera, die Bilder an die steuernde Person überträgt. Die praktischen Tests fanden dementsprechend unter Sichtkontakt statt.
Künftig ist geplant, die Tiere nicht mehr fernzusteuern, sondern sie durch Mini-Computer auf dem Rücken autonom arbeiten zu lassen. Das aktuelle Equipment, also die elektronische Steuerung und der Schutzanzug, wiegt 6,2 Gramm. Bei einer Traglast von 15 Gramm können die Schaben weitere 8,8 Gramm Nutzlast transportieren. Eine «Onboard-Menschendetektion», also Sensoren, die auf Wärme und Geräusche reagieren, könnte die Laufrichtung des Cyborgs vorgeben. Mit solchen Sensoren für den Kakerlaken-Carrier beschäftigen sich aktuell andere Forschungsprojekte.
Fühlt sich vor dem Gaming-PC genauso zu Hause wie in der Hängematte im Garten. Mag unter anderem das römische Kaiserreich, Containerschiffe und Science-Fiction-Bücher. Spürt vor allem News aus dem IT-Bereich und Smart Things auf.
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