Oft steht die Natur bei Neuentwicklungen in der Robotik Pate: Forscher lassen sich von den ausgeklügelten Konzepten verschiedener Tierarten inspirieren, um technische Systeme mit neuen Fähigkeiten auszurüsten. Statt Kunststoffen, Metallen und Elektronik kommen dabei immer häufiger auch unkonventionelle Materialien und Antriebssysteme zum Einsatz. Der Entwicklung solcher Innovationen in der Robotik widmet sich auch das Team um Daniel Preston an der Rice University in Houston. “Wir nutzen chemische Reaktionen, Licht und Pneumatik als Antriebssysteme sowie alle möglichen Materialien wie Hydrogele, Elastomere oder Textilien als strukturelle Elemente”, sagt Preston. Bei dem neuen Konzept ist allerdings kein Nachbau der natürlichen Mechanik nötig – die Wissenschaftler nutzen sie direkt.
Eine eingerollte Spinne lieferte die Idee
Wie sie berichten, stand am Anfang der Entwicklungsgeschichte ein Zufall: “Wir räumten gerade Sachen im Labor um und stießen dabei auf eine tote Spinne mit eingerollten Beinen. So fragten wir uns, warum diese Tiere nach dem Tod diese charakteristische Stellung einnehmen“, sagt Erstautorin Faye Yap. Eine Recherche lieferte dann schnell die Antwort: Im Gegensatz zu Säugetieren, die ihre Gliedmaßen durch die Synchronisierung entgegengesetzter Muskeln bewegen, verwenden Spinnen Hydraulik. Eine Kammer in der Nähe ihres Kopfes wird dabei zusammengezogen, um eine Flüssigkeit zu den Gliedmaßen zu leiten. Durch die Erhöhung des Drucks strecken sie sich dann und wenn er nachlässt, krümmen sich die Beine wieder. „Wenn Spinnen sterben, verlieren sie die Fähigkeit, ihren Körper aktiv unter Druck zu setzen. Deshalb befinden sich ihre Gliedmaßen im eingerollten Zustand”, erklärt Yap.
So kam das Team auf die Idee, diesen Mechanismus in ein Konzept umzusetzen, das sie als Nekrorobotik bezeichnen. “Es zeigte sich, dass Spinnen nach ihrem Tod die perfekten Strukturen für kleine, natürlich abgeleitete Greifer liefern”, sagt Preston. Sie gezielt nutzbar zu machen, ist dabei offenbar erstaunlich einfach. Die Forscher stechen mit einer Nadel in die Druckkammer von frisch verstorbenen Spinnen und befestigte sie mit einem Klecks Sekundenkleber. Über die Nadel spritzen sie dann winzige Mengen Luft in die Kammer und ziehen sie bei Bedarf wieder ab. Dadurch wird das Hydrauliksystem des Bewegungsapparats der Spinnen aktiviert: Die acht Beine lassen sich strecken und dann wieder in den griffigen, gekrümmten Zustand versetzen.
„Zombifizierte“ Spinnen packen zu
Bei Versuchen zeigte sich, dass dieses Verfahren ein effektives Greifsystem hervorbringen kann. Wie die Wissenschaftler feststellten, sind dabei allerdings nicht etwa Vogelspinne und Co am leistungsfähigsten, denn es gilt: Je größer die Spinne, desto geringer ist die Last, die sie im Vergleich zu ihrem eigenen Körpergewicht tragen kann. Gut eignen sich offenbar Wolfsspinnen als nekrorobotische Greifer: Sie können Objekte mit mehr als 130 Prozent ihres eigenen Körpergewichts anheben. Mit den „zombifizierten“ Arachniden hoben die Forscher verschiedenen Objekte an – etwa kleine Elektronikbauteile. Sie loteten dabei auch das Potenzial zur Dauerbelastung aus: “Erst wenn wir uns 1000 Greif-Zyklen nähern, tritt ein gewisser Verschleiß ein. Wir gehen davon aus, dass das mit der Austrocknung der Gelenke zusammenhängt. Möglicherweise könnte sich dies durch das Aufbringen von Polymerbeschichtungen verhindern lassen”, sagt Preston.
