Wir haben bereits auf Techno-Science darüber berichtet: Es ist möglich, die Bewegungsrichtung einer Kakerlake zu steuern, indem man sie mit elektronischer Ausrüstung ausstattet. Das System kann nun die Art des Geländes erkennen, auf das sie trifft, und die Bewegungsrichtung nahezu unmittelbar anpassen.
Die Idee beruht auf einem lebenden Tier, dem die Forschenden ein kleines elektronisches System hinzufügen. Elektrische Reize lenken seine Bewegungen, doch die Kakerlake behält ihre natürlichen Fähigkeiten zum Laufen und Überwinden von Hindernissen. Diese Mischung aus lebendem Organismus und Maschine bildet das, was die Forschenden als biohybrides System bezeichnen.
Eine junge Madagaskar-Fauchschabe, fotografiert im Atlanta Botanical Garden.
Foto: Almabes, Zuschnitt WolfmanSF / Wikimedia Commons — gemeinfrei
Das Problem tritt auf, wenn sich das Gelände verändert. Ein klassisches Navigationssystem versucht vor allem, die Richtung des Tieres zu korrigieren, um es zu seinem Ziel zu führen. Bei einer Steigung oder einem Loch kann diese Korrektur jedoch unnötige Umwege verursachen und Bewegungen behindern, die die Kakerlake bereits auf natürliche Weise ausführen kann.
Forschende der Universität Osaka und ihre Kollegen haben daher eine automatische Geländeerkennung hinzugefügt. Die Vorrichtung analysiert in Echtzeit die während der Fortbewegung gesammelten Informationen. Eine künstliche Intelligenz ordnet den Boden anschließend einer von vier Situationen zu: ebenes Gelände, Aufstieg, Abstieg oder Loch.
Diese Erkennung ermöglicht es dem Steuerungssystem, sein Verhalten zu ändern. Auf gewöhnlichem Boden kann es das Insekt weiterhin zu seinem Ziel führen. Wenn die Kakerlake auf eine Konfiguration trifft, die sie allein überwinden kann, schränkt das System seine Eingriffe dagegen ein und lässt das Tier seine eigenen Fähigkeiten stärker nutzen.
Um den Nutzen zu verstehen, genügt es, eine Steigung zu betrachten. Die Kakerlake ständig dazu zu zwingen, eine theoretische Richtung einzuhalten, ist nicht unbedingt die schnellste Art, sie zu überwinden. Es kann effizienter sein, sie ihre Beine und ihren Körper auf natürliche Weise anpassen zu lassen; anschließend setzt die Führung wieder ein, sobald das Hindernis bewältigt ist.
Die Versuche zeigen, dass diese Strategie unnötige Bewegungen verringert und die Navigation auf Strecken mit unterschiedlichen Geländeformen verbessert. Das System verwandelt die Kakerlake also nicht in einen einfachen ferngesteuerten Roboter. Es verteilt die Aufgaben: Die Elektronik entscheidet, wann sie lenkt, während das Tier einen Teil der Kontrolle über seine Fortbewegung behält.
Dieser Ansatz ist insbesondere für die Robotik interessant, die für schwer zugängliche Orte bestimmt ist. Ein Insekt kann sich durch enge Durchgänge und über unebene Oberflächen bewegen, ohne die gesamte Mechanik eines herkömmlichen Roboters zu benötigen. Die Forschenden nennen unter anderem Such- und Rettungseinsätze als mögliche Anwendungsgebiete.
Der nächste Schritt besteht darin, diese biohybriden Systeme in weniger vorhersehbaren Umgebungen autonomer zu machen. Insbesondere muss überprüft werden, wie sie sich verhalten, wenn mehrere Arten von Hindernissen und Geländeformen unter Bedingungen aufeinanderfolgen, die denen außerhalb des Labors nahekommen.