Ein fischähnlicher Softroboter kann eigenständig die Tiefsee erkunden und funktioniert selbst im knapp 11.000 Meter tiefen Marianengraben. Weil seine Elektronik in weichem Silikon verteilt ist, kann der Roboter dem enormen Wasserdruck standhalten, berichtet ein chinesisches Forscherteam um Guorui Li von der Zhejiang University in Hangzhou (China) in der Fachzeitschrift «Nature». Vorbild bei der Entwicklung des Roboters war ein Tiefseefisch.
«Die Tiefsee bleibt das größte unbekannte Gebiet der Erde, weil es so schwer zu erkunden ist», schreiben die Forscher. In 10.900 Metern Wassertiefe herrscht ein Druck von 110 Megapascal, mehr als das 1000-Fache des Luftdrucks auf Meereshöhe. Deshalb sind zum Schutz mechatronischer Systeme typischerweise starre Gehäuse und Druckausgleichssysteme für Tiefseeroboter und -fahrzeuge erforderlich.
Tiefseefisch Pseudoliparis swirei galt als Vorbild
Der Tiefseefisch Pseudoliparis swirei, der zur Familie der Scheibenbäuche (Liparidae) gehört, kann jedoch ungeachtet des immensen Drucks in bis zu 8000 Metern Tiefe leben. Die Art wurde erst 2017 im Marianengraben entdeckt.
Der von den Wissenschaftlern entwickelte Roboterfisch ist mit 22 Zentimetern etwa so lang wie der Tiefseefisch. Seine «Brustflossen» gestalteten sie jedoch eher wie die Schwingen eines Vogels. Sogenannte dielektrische Elastomere, die sich verformen, wenn sie einer elektrischen Spannung ausgesetzt sind, wirken wie Muskeln und sorgen für die Fortbewegung des Roboters.
In Computersimulationen fanden die Forscher heraus, dass die mechanischen Spannungen bei hohem äußeren Druck an den Kontaktstellen zwischen elektronischen Bauteilen besonders groß sind. Deshalb entfernten sie die Bauteile von der Leiterplatte und banden sie mit Kabeln an. Durch dieses verteilte Design konnten sie die Spannungen stark reduzieren, so dass der Softroboter auch tief im Marianengraben funktionierte. Neben einer Lithium-Ionen-Batterie benötigt das Gerät einen Spannungsverstärker, um die elektrische Spannung für die künstlichen Muskeln bereitzustellen.
Bei den Tests im Marianengraben war der Softroboter fest mit einem metallenen Tauchroboter verbunden, der auch Filmaufnahmen machte. Bei einem weiteren Feldtest im südchinesischen Meer ließ das Team um Li den Roboter in einer Tiefe von 3224 Metern frei schwimmen. Dabei erreichte er eine Geschwindigkeit von 5,19 Zentimetern pro Sekunde - knapp 0,2 Kilometer pro Stunde.
Für die Forscher ist dies erst der Anfang: «Die Integration zusätzlicher Funktionseinheiten oder die Neuanordnung der Schaltkreise kann mehrere zusätzliche Funktionen ergeben, wie die Erfassung und Kommunikation in der Tiefsee», schreiben sie.
In einem Kommentar, ebenfalls in «Nature», schreiben Cecilia Laschi von der National University of Singapore (Singapur) und Marcello Calisti von der University of Lincoln (Großbritannien), dass andere Unterwasserroboter schneller sind als der Softroboter.
Aber sie sehen die Neuentwicklung auch als einen Durchbruch an: «Der Ersatz starrer Schutzgehäuse für elektronische Komponenten durch verteilte Elektronik, die in ein weiches Material eingebettet ist, ebnet den Weg für eine neue Generation von Tiefseeforschungsgeräten.» Dieser Ansatz sei praktischer und billiger als andere Methoden zum Schutz der Elektronik in solchen Geräten.
Stefan Parsch, dpa
