Roboter aus dem Tierreich: Animalische Technik im Einsatz für Mensch und Natur

Sie sam­meln Wel­traum­schrott, observieren Ern­te­felder oder ret­ten Ertrink­ende: Robot­er haben mit­tler­weile bemerkenswerte Fähigkeit­en. Vor­bilder für viele dieser High­tech-Helfer find­en sich im Tier­re­ich. Was die Natur in Mil­lio­nen Jahren Evo­lu­tion erschaf­fen hat, inspiri­ert Robotik-Forsch­er zu faszinieren­den Erfind­un­gen. 

Was haben Tin­ten­fis­che, Schlangen und Falken gemein­sam? Sie wur­den von der Natur mit Eigen­schaften aus­ges­tat­tet, die sich der Men­sch in vie­len Sit­u­a­tio­nen nur wün­schen kann – oder er adap­tiert sie mit Hil­fe mod­ern­er Tech­nik. Robot­er-Entwick­ler aus aller Welt machen sich bewährte Strate­gien und Fähigkeit­en aus dem Tier­re­ich zu Nutze, um Her­aus­forderun­gen für Men­sch und Umwelt zu bewälti­gen. Diese tech­nis­che Imi­ta­tion echter Lebe­we­sen nen­nt sich Bio­mimicry und hat bere­its einige faszinierende Robot­er her­vorge­bracht, die im Wass­er, an Land und in der Luft behil­flich sein kön­nen.

Roboter-Rochen soll Menschen vor dem Ertrinken retten

In vie­len deutschen Hallen- und Freibädern fehlen Ret­tungss­chwim­mer. Ein Robot­er kann diesen Per­sonal­man­gel zwar nicht lösen, Bade­meis­ter aber zumin­d­est unter die Arme greifen.

Die DRK-Wasserwacht Halle hat gemein­sam mit dem Fraun­hofer Insti­tut im thüringis­chen Ilme­nau einen autonomen Ret­tungsro­bot­er entwick­elt, der optisch an einen Rochen erin­nert. Mit seinem flachen Kör­p­er gleit­et er schnell durch das Wass­er und soll Men­schen vor dem Ertrinken ret­ten. Mit Hil­fe von exter­nen Kam­eras, die im Schwimm­bad instal­liert sind, behält der Robot­er-Rochen das Geschehen im Blick und analysiert die Bewe­gun­gen der Schwim­mer. Erken­nt er eine Gefahren­si­t­u­a­tion, macht er sich selb­st­ständig auf den Weg, gleit­et unter die reglose Per­son, drückt sie an die Wasser­ober­fläche und trans­portiert sie an den Beck­en­rand. Der Pro­to­typ soll ein Gewicht von max­i­mal 110 Kilo­gramm tra­gen kön­nen und noch in diesem Jahr getestet wer­den. Das Konzept sei laut der Entwick­ler weltweit ein­ma­lig. Bis­lang sind Unter­wass­er-Robot­er näm­lich vor allem für Forschungs- und Erkun­dungs­fahrten im Ein­satz.

Künstliche Evolution der Schwimm-Roboter: Vom Fisch zur Amphibie 

Auch bei dem Man­tadroid aus Sin­ga­pur diente ein Rochen als Vor­bild. Der kün­stliche Zwill­ing soll allerd­ings keine Men­schen ret­ten, son­dern die Wasserqual­ität überwachen. Auf seinem flachen, bre­it­en Kör­p­er kön­nen Forsch­er jede Menge Sen­soren platzieren, mit denen der Tauch-Robot­er zum Beispiel hydro­grafis­che Werte für Umwelt­be­hör­den messen und sam­meln soll.

Eine geis­ter­hafte Erschei­n­ung tauchte schon vor gut fünf Jahren mit der Robo-Qualle Cyro auf. Das 175 Zen­time­ter große Ungetüm wurde von Stu­den­ten der Vir­ginia Tech Uni­ver­sität entwick­elte und kann eben­falls völ­lig autonom auf Unter­wass­er-Patrouille gehen.

Unter­stützung bekom­men die bei­den schwim­menden Robot­er von dem Envi­ro­bot, der mit ein­er Vielzahl von Sen­soren Gifte im Wass­er aufzus­püren kann. Der gut 1,5 Meter lange Robot­er-Aal bewegt sich mit kleinen Elek­tro­mo­toren an kün­stlichen Glied­maßen vor­wärts und macht sich bei ein­er Schad­stoff­spur selb­st­ständig auf die Suche nach der Quelle der Ver­schmutzung.

Neben dem Envi­ro­bot haben die Schweiz­er Forsch­er des poly­tech­nis­chen Insti­tuts EPFL schon einige andere Robot­er-Tierchen „gezüchtet“. In ihrem Bioro­botik-Labor schlüpfte zum Beispiel ein Robot­er-Fisch, der schwim­men und kriechen kann, und der Sala­man­der-ähn­liche Pleu­ro­bot. Die näch­ste Evo­lu­tion­sstufe ihrer kün­stlichen Amphi­bi­en ist der Oro­Bot, der das Bewe­gungsmuster eines aus­gestor­be­nen Wirbeltieres adap­tieren soll.

Soft Robotics: Weiche Schale, Hightech-Kern

Der Okto­pus fasziniert nicht nur Meeres­bi­olo­gen, son­dern ist mit seinem skelet­tfreien Kör­p­er auch die per­fek­te Vor­lage für den noch jun­gen Forschungszweig Soft Robot­ics. Inno­v­a­tive „Hard­ware“ aus weichen, flex­i­blen Bauteilen wie Gum­mi oder Silikon machen Robot­er fit für neue Ein­satzmöglichkeit­en.

In freier Wild­bahn durften krak­enähn­liche Soft-Robot­er wie die Posei­drone oder der achtarmige Octo­pus vom Bioro­bot­ics Insti­tut in Pisa bere­its zu Forschungszweck­en abtauchen.

Wie die san­ften Maschi­nen auch an Land behil­flich sein kön­nen, zeigt die deutsche Fir­ma Fes­to mit dem Octo­pus Grip­per. Die Ten­takel­hand aus Silikon wird mit­tels Druck­luft ges­teuert und kann mit ihren Saugnäpfen unter­schiedliche Gegen­stände greifen und hal­ten. Der Flex Shape Grip­per ist hinge­gen von der Zunge eines Chamäleons inspiri­ert, um ver­schiedene Objek­te form­schlüs­sig zu umfassen. Mit sein­er elastis­chen Silikonkappe kann der Robot­er sog­ar mehrere Gegen­stände gle­ichzeit­ig aufnehmen. Diese soft­en Greifer kön­nten kün­ftig zum Beispiel älteren oder kör­per­lich beein­trächtigten Men­schen im All­t­ag zur Hand gehen.

Hüpfende Spider Robots: Spinne „Kim“ macht’s vor

Auch von Lebe­we­sen an Land kön­nen sich Robot­er-Inge­nieure einiges abguck­en – zum Beispiel von Spin­nen. Forsch­er der Uni­ver­sität von Man­ches­ter haben ein sprin­gen­des Exem­plar im 3D-Scan unter die Lupe genom­men, um ihre Sprung­mechanik bess­er zu ver­ste­hen. Immer­hin legt das acht­beinige Krabbelti­er namens „Kim“ aus dem Stand gut die sechs­fache Weite ihrer Kör­per­größe zurück. Die Erken­nt­nisse der Studie sollen genutzt wer­den, um sprin­gende Robot­er zu entwick­eln, die mit wenig Kraftaufwand größere Dis­tanzen zwis­chen zwei Plat­tfor­men über­winden kön­nen. Mit dieser Fähigkeit kön­nten sie kün­ftig bei Ret­tung­sein­sätzen aushelfen und in unwegsamem Gelände nach Verunglück­ten suchen.

Roboter-Schlange soll sich ihren Weg durch Schutt und Geröll bahnen

Auch Schlangen sind ziem­lich flinke, anpas­sungs­fähige Lebe­we­sen und vor allem sehr geschickt darin, Hin­dernisse zu über­winden. Sie schlän­geln sie sich über sandi­gen Wüsten­bo­den, kriechen auf Bäume, über Felsen oder auch durch dicht­es Gebüsch. Diese Fähigkeit­en inspiri­erten Maschi­nen­bauer der Johns-Hop­kins-Uni­ver­sität im US-Bun­desstaat Mary­land zu einem Robot­er, der sich wie eine Schlange bewegt. Dafür analysierten die Wis­senschaftler, wie Königss­chlangen Stufen erk­lim­men und ver­schiedene Bar­ri­eren meis­tern. Ihre nachge­bildete Mas­chine sei bere­its in der Lage, über Stufen mit ein­er Höhe von bis zu 38 Prozent ihrer Kör­per­länge zu klet­tern. Die kün­stliche Schlange soll zur Entwick­lung neuer Robot­er beitra­gen, die auch größere Hin­dernisse wie Trüm­mer und Geröll über­winden kön­nen, um beispiel­sweise nach einem Erd­beben bei Such- und Ret­tungsak­tio­nen zu helfen.

Tarzan auf dem Land: Überwachungsroboter schwingt sich über die Felder

Was macht eigentlich ein Fault­i­er den lieben lan­gen Tag? Es fut­tert, schläft und… hangelt. Let­zteres inspiri­erte ein Team vom Geor­gia Insti­tute of Tech­nol­o­gy zu einem Robot­er, der sich wie Tarzan an ein­er Leine ent­lang hangeln kann – nicht durch den Dschun­gel, son­dern über Felder von Land­wirten. Die zwei lan­gen Arme trans­portieren ein Mod­ul mit Steuertech­nik, Sen­soren und ein­er Kam­era, die ihre Auf­nah­men auf die Kon­troll­geräte der Bauern funkt. So kön­nen Land­wirte das Wach­s­tum ihrer Pflanzen überwachen, ohne vor Ort zu sein. Im Gegen­satz zu seinen fahren­den, laufend­en oder fliegen­den Kol­le­gen soll das fleißige Robot­er-Fault­i­er deut­lich energieef­fizien­ter arbeit­en.

Hightech-Hausmeister sammelt Weltraumschrott

Der tierische Robot­er der kali­for­nischen Stan­ford Uni­ver­si­ty ist nicht nur fleißig, son­dern arbeit­et auch unter extremen Bedin­gun­gen. Von den Mil­lio­nen Schrott­teilen im Wel­traum, die derzeit unsere Erde umkreisen, soll die Mas­chine mit beson­deren Greifern größere Objek­te ein­sam­meln. Möglich macht es eine dünne Silikon­folie, deren Struk­tur den feinen Härchen an Gecko-Füßen ähnelt. So kön­nen die Greifer trotz Strahlung, Schw­erelosigkeit und Vaku­um­bere­ichen an glat­ten Ober­flächen anhaften. An Bord der inter­na­tionalen Raum­sta­tion ISS hielt der tech­noide Sauber­mann bere­its bis zu 370 Kilo­gramm schwere Objek­te fest.

Drone Bird: Raubvogel-Drohne verscheucht echte Artgenossen

Herum­fliegende Wel­traumteile sind in der Luft­fahrt eher sel­ten ein Prob­lem. Hier bergen Vögel ein größeres Risiko. An einem Flughafen in Kana­da kam deshalb test­weise eine beson­dere Vogelscheuche zum Ein­satz: Drone Bird ist eine funkges­teuerte Drohne, die nicht nur aussieht wie ein echter Wan­der­falke, son­dern auch genau­so fliegt – näm­lich mit Flügelschlä­gen. Wenn dieser soge­nan­nte Ornithopter abhebt, wirkt er für echte Vögel wie ein natür­lich­er Feind, dessen ver­meintlichen Jagdbere­ich sie lieber mei­den. Dieses „Wildlife-Man­age­ment-Tool“, wie die nieder­ländis­chen Entwick­ler ihren kün­stlichen Raub­vo­gel beschreiben, flog bere­its weltweit bei ver­schiede­nen Test- und Demo-Pro­jek­ten.

Quad-Morphing: Vogelroboter verwandelt sich im Flug

Von Vögeln ließen sich auch die Forsch­er des franzö­sis­chen Éti­enne-Jules Marey Insti­tuts für Bewe­gungswis­senschaften inspiri­eren. Ihr Flu­gro­bot­er namens Quad-Mor­ph­ing verän­dert in der Luft sein Pro­fil, so dass er durch schmale Pas­sagen fliegen kann. Um seine Span­nweite zu hal­bieren, zieht er kurz­er­hand seine Flügel ein und „sat­telt“ auf Pro­peller um. So kön­nte er in Zukun­ft zum Beispiel bei Erkun­dungs-, Such- und Ret­tung­sein­sätzen in dicht bewalde­ten Regio­nen oder zwis­chen Bergschlucht­en tätig sein.

Das Forschungs­feld „Bio­mimicry“ ist übri­gens keine reine Erfind­ung der Mod­erne. Schon Leonar­do da Vin­ci kupferte für seine Flug­mas­chine von der Natur ab und ver­suchte, die Flügel von Vögeln nachzubauen. Allerd­ings ist die heutige Wis­senschaft dank inno­v­a­tiv­er Tech­nolo­gien deut­lich erfol­gre­ich­er darin, Vor­bilder aus dem Tier­re­ich zu imi­tieren.

Welche tierischen Robot­er beein­druck­en Dich beson­ders? Wir freuen uns auf Deinen Kom­men­tar.