Im Namen des Fortschritts tüftelt der Mensch an technischen Problemlösungen und entwickelt neue Konzepte. In gewisser Weise macht die Evolution das schon seit Jahrmillionen: Die Natur hat die Lebewesen der Erde mit erstaunlichen Materialien, Fähigkeiten und Konzepten ausgerüstet, die ihnen Überlebensvorteile bieten. Diese Naturpatente haben dem Menschen schon oft als Inspiration bei der Entwicklung technischer Lösungen gedient. Im aktuellen Fall haben Forscher nun den Springspinnen fragend in die Augen geblickt. Das Ziel des internationalen Teams war es dabei, die erstaunlichen Wahrnehmungsfähigkeiten dieser Arthropoden technisch nutzbar zu machen.
Das Besondere: Trotz ihrer kleinen Gehirne sind die Achtbeiner in der Lage, Entfernungen genau einzuschätzen, um gezielt auf Beutetiere zu hechten oder präzise von einem Objekt zum nächsten zu springen. Sie nutzen dabei ein System, das sich von unserer Tiefenwahrnehmung deutlich unterscheidet. Der Mensch erfasst Entfernungen durch Stereovision: Wenn wir auf ein Objekt schauen, nimmt jedes unserer beiden Augen ein leicht anderes Bild wahr. Das Gehirn vergleicht diese beiden Informationen und berechnet anhand der Unterschiede den Abstand zum Objekt.
Systeme der Tiefenwahrnehmung im Blick
“Dieses Konzept ist rechenintensiv”, sagt Co-Autor Todd Zickler von der Harvard University in Cambridge. “Wir können uns das leisten, weil wir ein großes Gehirn für die Informationsverarbeitung besitzen“. Ähnliches gilt auch für die bisherigen technischen Lösungen: Viele der heutigen Tiefensensoren, etwa in Handys, Autos und Videospielkonsolen, sind mit leistungsfähigen Recheneinheiten gekoppelt. Zudem verwenden sie integrierte Lichtquellen und mehrere Kameras, um die Entfernung zu messen. Dies funktioniert bei großen Geräten mit Platz für Bauteile und hoher Rechenleistung. In kleinen Anwendungen lässt sich diese Technik hingegen nicht integrieren.
Da auch die Spinnen geringe Kapazitäten besitzen, haben sie ein besonderes, sehr effizientes System zum Messen der Tiefe entwickelt: Jedes ihrer beiden Hauptaugen besitzt mehrere halbdurchsichtige Netzhäute, die in Schichten angeordnet sind. In Abhängigkeit von der Entfernung können sie Objekte dadurch in unterschiedlichen Schärfestufen erfassen. Wenn eine Springspinne beispielsweise eine Fliege mit einem ihrer Hauptaugen betrachtet, erscheint sie auf dem Bild einer Netzhaut schärfer und auf einer anderen unschärfer. Diese Unterschiede kodieren Informationen über die Entfernung zur Fliege, die das Gehirn der Spinne erfassen kann, erklären die Wissenschaftler. Es gab bereits Versuche, dieses System technisch umzusetzen – bislang führten sie aber offenbar zu keinen zufriedenstellen Ergebnissen.
