Vorbild Natur : Ein Muschelroboter nutzt Treibsand als Bohrhilfe

Schwertmuscheln graben sich viel tiefer in den Sand, als es die reine Physik vorsieht. Amerikanische Ingenieure sind nun hinter ihr Geheimnis gekommen - und nutzen es für einen Roboter.

Schwertmuscheln
Vorbild Natur. Von Schwertmuscheln können Ingenieure noch etwas lernen.Foto: Imago

Wenn sich Schwertmuscheln in den Sand graben, sind sie erstaunlich schnell: Mit bis zu einem Zentimeter pro Sekunde rutschen die messerförmigen Muscheln energiesparend durch den Meeresboden. Ihren Trick haben Ingenieure um Amos Winter vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) jetzt entschlüsselt. Das Tier pumpt sich durch selbst geschaffenen Treibsand, berichten sie im Fachblatt „Bioinspiration and Biomimetics“. Die Forscher ahmen das Prinzip mit ihrem Muschelroboter „RoboClam“ nach. Der Roboter könnte künftig beim Verankern von Bojen und Kabeln im Meeresboden, bei der Ölförderung, aber auch beim Entschärfen alter Seeminen helfen.

Der reinen Physik nach dürfte eine Schwertmuschel, genauer: die Amerikanische Scheidenmuschel, nur einige Zentimeter in den Sand eintauchen. Tatsächlich meistert sie Tiefen von 70 Zentimetern. Mit einem Energieaufwand, der dem Inhalt einer Mignonbatterie entspricht, kann sie bis zu einen halben Kilometer zurücklegen.

Winters Team hat nun die Bewegungen der Muschel im Sand analysiert. Zunächst zieht sie beide Schalenhälften ruckartig an den Körper. In die so entstehenden Leerräume rutscht nasser Meeresboden nach, Sand und Wasser verwirbeln und verhalten sich wie Treibsand. In diesem Moment schiebt die Schwertmuschel ihren muskulösen Fuß nach vorne und zieht sich so reibungsarm voran, bevor sie ihre Schalen rechtzeitig auseinanderdrückt und sich der Sandboden wieder stabilisiert. „Entscheidend ist das Timing“, schreiben die Forscher. Die Schwertmuschel kann ihr Tempo exakt und flexibel steuern – denn je nach Körnergröße unterscheidet sich das Fließverhalten nassen Sandes.

Das Tier rutscht deutlich schneller in den Boden als herkömmliche Grabapparate, von vibrierenden Bohrstangen bis zum Propellervortrieb. „Die örtliche Verflüssigung kann die Energiekosten des Grabens dramatisch senken“, sagt Winter.

Das Ergebnis ist „RoboClam“: Der Graberoboter in Taschenmessergröße besteht ebenfalls aus zwei Schalenhälften, die sich zusammen- und auseinanderdrücken lassen. Ein Pumpmechanismus verleiht ihm die Bewegungsmöglichkeiten seines natürlichen Vorbilds. Das richtige Timing lernte RoboClam mithilfe eines Algorithmus, der die optimale Lösung durch schrittweise Annäherung findet. Als die Forscher ihren Prototyp im wässrigen Sandboden testeten, sorgte ein Luftdrucksystem für das Öffnen und Schließen der Schalen. Inzwischen arbeitet das Team an einer Variante, die sie ferngesteuert nutzen können. wsa

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