Robotikingenieure lassen sich in letzter Zeit immer häufiger von der Natur inspirieren. Ein Team der University of California in Berkeley und der Johns Hopkins University hat die Fühler von Kakerlaken untersucht, um ein System zu entwickeln, das die Fortbewegung als Mittel zur Steuerung der Position eines passiven Sensors nutzt, wie aus ihrem Bericht im Journal of Experimental Biology hervorgeht.
Die Forscher sagten, sie seien durch Beobachtungen inspiriert worden, bei denen sich die Antennen von Kakerlaken beim Laufen verbiegen, um zu verhindern, dass sie gegen Wände prallen. Laut Studienautor Jean-Michel Mongeau ist die Positionierung der Antennen möglicherweise eher das Ergebnis passiver Kräfte als des Nervensystems der Kakerlaken.
„Wenn sich Tiere langsam bewegen, verlassen sie sich bei der Bewältigung ihrer Aufgaben hauptsächlich auf ihr Nervensystem. Wenn die Tiere jedoch zu extremeren Leistungen gedrängt werden, kann es zu Einschränkungen ihres Nervensystems kommen, beispielsweise zu Verzögerungen bei der Reizleitung“, erklärt Mongeau, ein Forscher an der UC Berkeley.
Im Rahmen der Studie setzten die Forscher blinde Kakerlaken in eine Arena, die von zwei Hochgeschwindigkeitskameras gefilmt wurde. Ein sanfter Stoß eines Forschers ließ die Kakerlaken an einer Wand entlanghuschen, die in der Mitte einen Winkel von 30 bis 60 Grad aufwies. Die Fühler der Kakerlaken ragten oft gerade heraus, wenn sie an einer glatten Acrylwand entlang liefen. An einer Holzwand reagierten die Fühler jedoch anders.
„Wenn die Wand rauer wird, was für dieses Tier ökologisch relevanter sein könnte, biegt sich die Antenne fast immer nach hinten, in einer Art umgekehrter J-Form“, sagte Mongeau.
Nachdem die Forscher den Abstand zwischen Körper und Wand gemessen hatten, stellten sie fest, dass die Kakerlaken durch die Biegung der Antenne im Gegensatz zu Kakerlaken mit geraden Antennen einen größeren Abstand zur Wand einhielten und so nicht gegen die Wand prallten.
„Nach diesen Erkenntnissen interessierte uns der Mechanismus, der der Formveränderung der Antenne zugrunde liegt“, sagte Mongeau. „Wir vermuteten, dass sehr kleine Tasthaare auf der Antenne möglicherweise in der Lage wären, sich mit einer (rauen) Oberfläche zu verbinden und daran zu haften. In Verbindung mit einer Vorwärtsbewegung würde dies ausreichen, um die Antenne umzuklappen.“
Um ihre Theorie zu testen, entschied sich das Team, diese kleinen Tasthärchen zu entfernen – ein Vorgang, der sich als schwieriger erwies, als es zunächst den Anschein machte.
„Als Erstes habe ich versucht, die Haare mit einer winzigen Pinzette auszureißen, aber das erwies sich als unmöglich, da diese Haare sehr robust und im Exoskelett eingebettet sind“, sagte Mongeau. „Nach mehreren Runden von Versuch und Irrtum, oder hauptsächlich Irrtum, habe ich beschlossen, ein Lasersystem auszuprobieren, das diese kleinen Haare an der Spitze verbrennt.“
Nach der Laser-Haarentfernung bogen sich die haarlosen Fühler kaum nach hinten, auch nicht, wenn sie an einer Wand entlanggezogen wurden.
Das Team wandte seine Erkenntnisse dann auf ein Roboterdesign an und stellte fest, dass es seine künstliche Antenne auf ähnliche Weise biegen konnte. Die Forscher stellten außerdem fest, dass eine leichte Änderung der Ausrichtung der Haare dazu führen kann, dass sich die Antenne vollständig zu einem umgekehrten C krümmt, was die Antenne unbrauchbar macht.
