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Taucheranzug ermöglicht ferngesteuerten Cyborg-Kakerlaken das Atmen unter Wasser
Cyborg-Kakerlaken sollen auch unter Wasser ihren Dienst verrichten. Ein Taucheranzug mit Sauerstoffgenerator sorgt für ausreichend Atemluft.
Eine Cyborg-Kakerlake wird in einem Taucheranzug mit Sauerstoff versorgt. Der Sauerstoff-Generator befindet sich im hinteren Teil des Anzugs.
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It was translated with technical assistance and editorially reviewed before publication.
Ein Forschungsteam der NTU Singapore und der Waseda University hat einen flexiblen Mini-Taucheranzug für Cyborg-Kakerlaken entwickelt. Mit dem Anzug können die ferngesteuerten Insekten unter Wasser und in sauerstoffarmen Umgebungen überleben und sich fortbewegen – etwa beim Einsatz in Search&Rescue-Missionen in Überschwemmungsgebieten. Drei Stunden können die Cyborg-Kakerlaken so mit Sauerstoff versorgt werden.
Die Wissenschaftler rüsteten Madagaskar-Fauchschaben mit einem System aus, um sie über einen Mikrocontroller drahtlos fernsteuern zu können, wie die Wissenschaftler in der Studie „Underwater Suit-Wearing Cyborg Insect Capable of Hours-Long Diving and Terra-Aqua Travel“ schreiben, die in Nature Communications erschienen ist. Die Steuerung erfolgt über die elektrische Stimulation über Elektroden an den Cerci, den fühlerartigen Gebilden der Kakerlake. Die Kakerlaken können so in Katastrophengebieten eingesetzt werden, um etwa nach Menschen zu suchen und deren Position an eine Leitstelle zu melden. Der Vorteil gegenüber reinen Robotersystemen ist, dass das Stimulationssystem der Cyborg-Kakerlaken nur sehr wenig Energie benötigt, da die Fortbewegung über biologische Muskeln erfolgt. Roboter, besonders Laufroboter, die in widrigen Geländeformationen operieren sollen, benötigen dagegen für die Fortbewegung über Beine viel Energie, was sich in kleineren Formaten aufgrund begrenzter Akkukapazität nur sehr schwierig realisieren lässt.
Die Wissenschaftler stehen allerdings vor dem Problem, dass die Überlebenschance von Cyborg-Kakerlaken im Wasser in Überschwemmungsgebieten und bei chemischen Unfällen gering ist. Daher haben sie einen Miniaturtaucheranzug entwickelt, der die Insekten über ihre Stigmen, die den Lufteintritt in das Tracheensystem zum Gasaustausch ermöglichen, mit Sauerstoff versorgt.
Der Insektentaucheranzug besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: einem Sauerstoffgenerator, einer flexiblen Hülle sowie vier Silikonschläuche, über die die Sauerstoffzufuhr realisiert wird. Das System ist in sich geschlossen, sodass kein Wasser eintreten kann. Die Cyborg-Kakerlake wird direkt über die Stigmen versorgt.
Den Sauerstoffgenerator druckten die Forscher mit einem 3D-Drucker aus PMMA-Harz aus. In dem Generator befindet sich ein mit Mangan beschichteter Schwamm als Katalysator. Der Generator enthält verdünntes Wasserstoffperoxid. Das Mangandioxid zersetzt langsam das Wasserstoffperoxid und setzt dabei Sauerstoff frei, der innerhalb der flexiblen Hülle über die Versorgungsschläuche an die Stigmen der Kakerlake geleitet wird, sodass sie auch unter Wasser oder in sauerstoffarmen Gebieten atmen kann. Die Silikonschläuche sind an den Bruststigmen angebracht und sollen sich nach Angaben der Forscher schmerz- und verletzungsfrei wieder entfernen lassen.
Die Wissenschaftler testeten den Taucheranzug an den präparierten Madagaskar-Fauchschaben in verschiedenen Kunststoffröhren, in denen sie verschiedene Umgebungsprofile simulierten, darunter etwa überflutete Tunnel und sauerstoffarme Umgebungen. Der Insektentaucheranzug versorgte die Cyborg-Kakerlake dabei mit genügend Sauerstoff, sodass sie bis zu drei Stunden lang aktiv bleiben konnte.
Die Forscher wollen nun angespornt von den positiven Forschungsergebnissen weiter an dem Insektentaucheranzug arbeiten und seine Haltbarkeit verbessern. Außerdem sollen Sensoren und Navigationssysteme für Search&Rescue-Aufgaben integriert werden. Die Wissenschaftler planen zusätzlich, den Taucheranzug für weitere Insektenarten anzupassen, etwa für andere Kakerlakenarten, H