Roboterfisch sammelt Mikroplastik aus Gewässern

Robert Siddall von der University of Surrey ist fest davon überzeugt, dass nicht nur Spezialisten zur Weiterentwicklung der Robotik beitragen können. Wenn die Maschinen nur "biomimetisch" genug sind – also an biologischen Vorbildern orientiert – wäre ihr Entwurf ein guter Einstiegspunkt in Wissenschaft und Technik, meint er. Denn die meisten Menschen hätten ja bereits ein "intuitives Verständnis" vom Verhalten von Pflanzen und Tieren. Um zu zeigen, dass seine Idee funktioniert, riefen Siddall und Kollegen den Natural Robotics Contest ins Leben, einen Wettbewerb, bei dem Ideen für bio-inspirierte Roboter gesucht wurden, die "der Welt helfen" sollten.

Der mit dem ersten Preis ausgezeichnete Entwurf der Chemie-Studentin Eleanor Mackintosh, ein Fischroboter, der die Plastikverschmutzung im Wasser verringern soll, ist von Siddall und Kollegen jetzt umgesetzt worden. Das Gerät mit dem Namen "Gillbert" ist modular konstruiert. Der Kopf hat einen Mund, der sich öffnen und schließen lässt. Ist der Mund geschlossen, drück eine Art Zunge das Wasser aus "Kiemen-Öffnungen". Im Wasser vorhandene Plastikpartikel, die größer als zwei Millimeter sind, werden von einem Nylon-Netz abgefangen, das die Kiemen abschließt. Angetrieben wird der Roboter von Flossen, die am hinteren Modul befestigt sind.

Ein Fischroboter für jedermann

Der komplette Entwurf ist Open-Source und kann von der Website des Wettbewerbs heruntergeladen werden. Jeder, der einen 3D-Drucker besitzt, kann den Fisch herstellen. Technische Einzelheiten des Roboters beschreiben die Forschenden in einem Paper auf dem Preprint-Server arXiv.org.

Demnach haben die Forschenden den ferngesteuerten Prototypen in einem See getestet und dabei gezeigt, dass er sowohl an der Oberfläche schwimmen als auch tauchen kann. Die typische
Schwimmgeschwindigkeit betrug 5 cm/s bei einer "Schweifschlagfrequenz von 2 Hertz", schrieben sie in dem Paper, "wobei die Geschwindigkeit durch den hohen Widerstand des Filterkopfes des Roboters und die relativ kleinen Antriebsmotoren" begrenzt wurde. "Der Roboter war in der Lage
einzutauchen, aber die Tendenz der Mundhöhle, Luft einzuschließen, war ein Problem."

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Weiterentwicklung des Fischroboters

Zukünftig wollen die Forschenden das Design und die Steifigkeit der Schwanzflossen optimieren und eine Art Docking-Station bauen, in der der Fischroboter wieder aufgeladen wird, während das gesammelte Plastik abgepumpt werden könnte. Außerdem denken sie darüber nach, das Plastik direkt bei der Probennahme zu analysieren – dazu müssten allerdings die Analyse-Instrumente noch weiter miniaturisiert werden.

Um effektiv Plastik einzusammeln, müsste der Roboter zudem autonom werden – ein nicht zu unterschätzende technisches Problem. Ein chinesisches Forschungsteam zeigte 2020 einen bio-inspirierten Fischroboter, der mithilfe von Verstärkungslernen gelernt hatte, welche Flossenschläge ihn zu einem geplanten Ziel bringen – allerdings zunächst nur in einer Simulation. Ein Forschungsteam der Sichuan University zeigte im Juni eine ganz andere Lösung: Ihre kleinen Fischroboter bestehen aus nanostrukturierten Materialien, die mit Laserlicht aktiviert werden, um die Fische anzutreiben, während das Material im Wasser treibendes Mikroplastik absorbiert.

(wst)