Roboter, die springen, schwimmen, gehen oder Gegenstände greifen können, lassen sich nun durch echte, im Labor gezüchtete Muskeln bewegen.
Diese Maschinen werden als Biohybridroboter bezeichnet, weil sie gefertigte Elemente mit lebendem Gewebe verbinden. Der Muskel übernimmt dabei die Rolle des Motors. Wenn er sich zusammenzieht, zieht er an einer flexiblen Halterung und löst eine Bewegung aus. Das Konzept ist nicht neu, doch große Bewegungen mit einer kleinen Muskelmenge zu erzielen, blieb bislang schwierig.
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Forschende der ETH Zürich haben die Art und Weise verändert, wie solche Systeme entwickelt werden. Statt Muskel und Halterung getrennt voneinander zu untersuchen, betrachteten sie beide gemeinsam. Computersimulationen ermöglichten es, vor der Herstellung zahlreiche Formen zu testen und diejenigen zu ermitteln, die die Muskelkontraktion am besten in Bewegung umsetzten.
Konkret kombinierten die Forschenden gezüchtete Skelettmuskeln mit Halterungen aus Hydrogel. Dieses sehr wasserreiche Material ist ausreichend flexibel, um die Kontraktion zu begleiten. Winzige Rillen lenken zudem die Organisation des Muskelgewebes. Der kontinuierliche Kontakt zwischen den beiden Teilen hilft anschließend dabei, die von den Zellen erzeugte Kraft auf den restlichen Aufbau zu übertragen.
Der erzielte Fortschritt ist beachtlich: Die neuen Vorrichtungen erreichen bis zu elfmal größere Bewegungsamplituden als frühere Modelle mit einem vergleichbaren Muskelvolumen. Diese Verbesserung beruht auf der Form des Systems und darauf, wie Muskel und Halterung zusammenarbeiten.
Abbildung der Studie mit Bewegungen, die von in flexible Robotergeräte integrierten Muskel-Bioaktoren erzeugt werden.
Quelle: Balciunaite et al., Nature Communications, 2026 — CC BY 4.0
Anschließend integrierten die Forschenden diese biologischen Motoren in mehrere kleine Maschinen. Einige Prototypen springen, andere schwimmen, indem sie sich mehrmals pro Sekunde zusammenziehen. Eine weitere Konfiguration ermöglicht das Gehen und sogar das Umgehen eines Hindernisses. Eine zangenförmige Vorrichtung kann sich außerdem schließen, um einen Gegenstand zu greifen.
Um den Nutzen dieses Ansatzes zu verstehen, muss man betrachten, was einen Muskel von einem herkömmlichen Motor unterscheidet. Lebendes Gewebe kann sich während seines Wachstums organisieren und anpassen. Es besitzt außerdem eine Fähigkeit zur Reparatur, die einem gewöhnlichen mechanischen Bauteil fehlt. Im Gegenzug muss es am Leben erhalten werden, und sein Verhalten hängt von biologischen Bedingungen ab, die außerhalb des Labors nur schwer nachzubilden sind.
Die Methode ermöglicht auch den Zusammenschluss mehrerer Muskeleinheiten. So erzielten die Forschenden Strukturen mit mehreren beweglichen Elementen – ein möglicher Weg, größere Biohybridmaschinen oder solche mit komplexeren Bewegungen zu bauen. Künftige Arbeiten müssen insbesondere klären, wie weit sich diese Architektur vergrößern lässt, ohne schnelle und präzise kontrollierte Kontraktionen einzubüßen.