Bionik

Goldener Roboter-Rochen wird von lichtgesteuerten Rattenzellen angetrieben

| Redakteur: Sebastian Gerstl

Wissenschaftler der Harvard University haben einen gewebegesteuerten robotischen Rochen mit Goldskelett entwickelt, der sich mit Hilfe von Lichtimpulsen zielgenau steuern lässt.
Wissenschaftler der Harvard University haben einen gewebegesteuerten robotischen Rochen mit Goldskelett entwickelt, der sich mit Hilfe von Lichtimpulsen zielgenau steuern lässt. (Bild: Karaghen Hudson & Michael Rosnach)

Wissenschaftler haben einen von der Natur inspirierten schwimmenden Roboter entwickelt, der mit Hilfe von Lichtimpulsen gelenkt werden kann. Genetisch veränderte Rattenherzzellen sorgen für die Steuerung.

Rochen bewegen sich mit leichten, elegant wirkenden Wellenbewegungen durchs Wasser. Dieses Design hat ein Forschungsteam der Universität Harvard um Sung-Jin Park mit ihrem kybernetischen Schwimmroboter nachempfunden: Aus Gold, Kunststoff und lebenden Zellen haben die Wissenschaftler einen kleinen Roboter-Rochen gebaut, der sich wie sein natürliches Vorbild mit wellenförmigen Flossenbewegungen fortbewegt. Gesteuert wird das künstliche Tier mit Lichtsignalen, womit es sich zielgenau durch einen kleinen Parcours steuern lässt. Um dies zu ermöglichen, haben die Wissenschaftler genetisch modifizierte Rattenherzzellen eingesetzt.

Der künstliche Rochen besitzt ein Skelett aus neutral geladenem Gold und eine Körperhülle aus elastischem Kunststoff, die die natürliche Form eines Rochen besitzen. Die Oberseite des Roboter-Rochens ist mit einer Schicht aus etwa 200.000 Herzmuskelzellen von Ratten besetzt. Diese sind genetisch so verändert, dass sie sich auf Lichtsignale hin zusammenziehen und die Flossen so nach unten schlagen lassen.

Das Innenskelett wurde von den Forschern so angelegt, dass es einen Teil der Energie der Abwärtsbewegung speichert. Entspannen sich die Zellen wieder, setzt das Skelett die gespeicherte Energie wieder frei, wodurch sich die Flosse aufwärts bewegt. Asymmetrische Lichtimpulse erlauben es den Forschern, den Roboter mehr nach links oder rechts ausschlagen zu lassen. Somit sind sie in der Lage, den Robo-Rochen nach Belieben anzutreiben und zu lenken. Dabei werden Geschwindigkeiten von 1,5 Millimetern pro Sekunde erreicht.

Der kybernetische Schwimmroboter (links) und sein natürliches Vorbild, ein Rochen der Gattung Leucoraja erinacea.
Der kybernetische Schwimmroboter (links) und sein natürliches Vorbild, ein Rochen der Gattung Leucoraja erinacea. (Bild: Karaghen Hudson)

Insgesamt ist der Roboter-Rochen etwa 16 Millimeter lang und wiegt zehn Gramm. Ein Nachteil der gezüchteten Zellen ist, dass sie verletzlich sind und nur eine kurze Lebensspanne besitzen, so dass die Roboter in einer Nährstofflösung aufbewahrt werden müssen. Eine Studie zu ihrem Schwimm-Roboter veröffentlichte das Forschungsteam kürzlich im Fachmagazin Science.

Der Mini-Rochen demonstriert die Ziele der Soft-Robotik, einer noch recht jungen Teildisziplin innerhalb der Robotik. Dabei versuchen Wissenschaftler, harte und weiche Bestandteile miteinander zu kombinieren - oft nach biologischen Vorbildern. Kürzlich erst stellten Wissenschaftler einen Hüpf-Roboter vor, der nach ähnlichem Prinzip gebaut ist. Er kann sich selbstständig bewegen, in die Höhe und zur Seite springen und dabei auch unsanfte Landungen überstehen, berichteten US-Forscher ebenfalls im Fachjournal Science.

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