Ein bionischer Roboter aus China hat bei einem Test im Mariannengraben bewiesen, dass er dem immensen Wasserdruck standhalten kann. Das Design eröffnet neue Möglichkeiten für die Tiefseeforschung.
Nur etwa fünf Prozent von etwa 300 Millionen Quadratkilometern Meeresboden sind bisher erforscht. Dank der Entwicklung eines neuen Tiefsee-Roboters in China könnte sich das allerdings bald ändern.
Ein Forschungsteam rund um den Wissenschaftler Tiefeng Li hat einen Roboter-Rochen an der Zhejiang Universität in China entworfen. Vorgestellt wurde das fischartige Forschungsgerät mitsamt aller Testberichte im Wissenschaftsmagazin Nature. Dort veröffentlichte das Team ebenfalls Videos, die den Roboter-Rochen in Aktion zeigen.
Aufgrund des extrem hohen Drucks in der Tiefsee werden typischerweise starre Gehäuse und Druckausgleichssysteme zum Schutz mechatronischer Systeme benötigt. Allerdings können Tiefseekreaturen, denen sperrige oder schwer drucktolerante Systeme fehlen, in extremen Tiefen gedeihen.
Design des Roboter-Rochens von echtem Tiefsee-Fisch abgeschaut
Die Struktur des Roboter-Rochens sei von einem Tiefsee-Schneckenfisch inspiriert, heißt es in dem Artikel weiter. Genau genommen handelt es sich dabei um den Tiefsee-Scheibenbauch.
Der Vorteil diese Fisches ist dabei, dass sein Körper weicher ist als der anderer Fische. Deshalb kann er dem großen Druck in der Tiefe besser standhalten als andere Artgenossen.
Nach diesem Vorbild entwickelten die chinesischen Wissenschaftler auch den Rochen. Mit 22 Zentimetern Länge ist er fast so lang wie sein Vorbild. Um den weichen Körper zu imitieren besteht der Roboter aus elastischem Silikonkautschuk.
Roboter-Rochen wird von Batterie angetrieben
Angetrieben wird er von künstlichen Muskeln, die aus einem elektroaktiven Kunststoff bestehen. Diese ziehen sich durch Stromimpulse aus einer integrierten Lithium-Ionen-Batterie zusammen und entspannen sich dann wieder.
Dieser Bewegungsablauf lässt sich mit Flügelschlägen vergleichen. Das befähigt den Rochen dazu, sich mit einer Geschwindigkeit von fünf Zentimetern pro Sekunde fortzubewegen.
Bei der Entwicklung der Tiefsee-Roboters kam es außerdem darauf an, die sensible Technik vor dem immensen Wasserdruck zu schützen. Um dies zu gewährleisten wurden die Gerätschaften dezentral über den gesamten Körper des Rochens verteilt.
Ein extra für den Roboter entwickelter druckfester elektronischer Schaltkreis kann außerdem Änderungen des Wasserdrucks messen.
Roboter-Rochen schwimmt fast eine Stunde im Mariannengraben
In drei Schritten wurde die Funktionalität des Roboter-Rochens getestet. Als erstes testeten die Forscher:innen ihren neu entwickelten Rochen in einem Hochdruckwassertank im Labor.
Nach dem bestandenen Test setzten sie einen baugleichen Roboter im Chinesischen Meer bei einer Tiefe von 3.224 Metern aus.
Danach tauchte der Forschungs-Rochen dann schließlich in den Mariannengraben ab. Dort hielt er einer Tiefe von 10.900 Metern und einem Wasserdruck von 100 Megapascal stand. Das ist fast das 1000-Fache des Luftdrucks auf Meereshöhe.
Medienberichten zufolge schwamm der Rochen circa 45 Minuten, bevor er aus eigenem Antrieb wieder aufstieg.
Forscher hoffen auf Roboter-Schwarm
In Zukunft wollen die Forscher:innen nicht nur einen, sondern mehrere Roboter in die Tiefsee schicken. Gegenüber dem Online-Magazin Sixthone sagte einer der Co-Autoren des Nature-Artikels Zhou Haofei, dass die geringeren Kosten es in Zukunft möglich machen könnten, ganze Roboter-Schwärme zu designen.
„Der Ozean ist riesig, es ist unmöglich sich darauf zu verlassen, dass ein einziger Roboter alles untersuchen könnte“, sagte Zhou weiter. Seiner Ansicht nach gäbe es viel zu verbessern. Ein Kommunikationssystem beispielsweise würde es dem Roboter erlauben die gesammelten Daten direkt zu übertragen.
Trotz des Verbesserungsbedarfs ist eines klar: Der neue Ansatz zum Design des Roboter-Rochens eröffnet neue Möglichkeiten für die Tiefseeforschung. Damit könnten die fünf Prozent unseres Wissens über den Meeresboden bald anwachsen.
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