Künstlicher Blutkreislauf : Roboterfisch schwimmt mit Hydraulikblut

Außen hat er Flossen, in seinem Innern fließt eine Batterie-Flüssigkeit. Damit kann der jetzt vorgestellte Robo-Fisch mehr als nur schwimmen.

Das Robotertier ist dem Rotfeuerfisch nachempfunden, einem Bewohner von Korallenriffen.
Das Robotertier ist dem Rotfeuerfisch nachempfunden, einem Bewohner von Korallenriffen.Foto: James Pikul; pikul@seas.upenn.ed

Amerikanische Wissenschaftler haben einen Roboterfisch gebaut, der ein Gefäßsystem ähnlich dem Blutkreislauf eines Tieres besitzt. Die hydraulische Flüssigkeit in dem System treibt den Fisch mechanisch an und dient gleichzeitig der Energiespeicherung, berichten die Forscher um Robert Shepherd von der Cornell University in Ithaca (New York, USA) in der Fachzeitschrift "Nature". Der Robo-Fisch kann damit seine Flossen bewegen und auch gegen den Strom schwimmen.

Mehr als die Summe seiner Teile: das Robotersystem

Während Roboter in der Regel einzelne Bauteile für einzelne Aufgaben besitzen, verfüge ein tierischer Organismus über Systeme mit mehreren Funktionen, schreiben Shepherd und Kollegen. Als Beispiel nennen sie den menschlichen Blutkreislauf: "Zusätzlich zum Transport von Sauerstoff und Nährstoffen durch den Körper entfernt das Kreislaufsystem Abfallprodukte, reguliert die Innentemperatur und den pH-Wert der Zellen und hilft bei der Bekämpfung von Krankheiten und Infektionen." Ihr Ziel war es, ein integriertes Robotersystem mit wenigstens zwei Funktionen zu entwickeln.

Pumpen, Schläuche und eine Batterie: das Herzstück des Roboterfisches.
Pumpen, Schläuche und eine Batterie: das Herzstück des Roboterfisches.Foto: James Pikul; pikul@seas.upenn.ed

Als Vorbild wählten die Wissenschaftler den Rotfeuerfisch, in der Natur ein Bewohner tropischer Korallenriffe. Sie statteten ihren Nachbau nun mit kleinen Schläuchen aus, in denen ein Elektrolyt zirkuliert, die Reaktionsflüssigkeit einer Batterie. Die verschiedenen Flossen des Roboterfischs, darunter die langen, aufgefächerten Rückenflossen, nutzten die Forscher als Teil dieses Elektrolyt-Kreislaufs. Die dazugehörige Batterie ist nach dem Prinzip einer Redox-Flussbatterie mit Zink-Jodid-Elektrolyt aufgebaut: Während des Ladens scheidet sich Zink aus dem Elektrolyten auf einer Elektrode ab, beim Energieverbrauch kehrt sich die Reaktion um. Die mit Metalldrähten versehenen Kohleelektroden sind sehr beweglich.

Ein Robo-Fisch mit realem Vorbild

Das Kreislaufsystem kann aber auch Kraft übertragen: Wird die Flüssigkeit von einer Seite auf die andere Seite der Schwanzflosse gepumpt, dann bewegt sich die Flosse seitlich. Das Hin und Her der Schwanzflosse ermöglicht dem Roboterfisch das Schwimmen. Gegen eine leichte Strömung im Meerwasserbecken kommt der künstliche Fisch immerhin anderthalb Körperlängen pro Minute voran. Eine Brustflosse, mit der ein lebender Rotfeuerfisch mit Artgenossen kommuniziert, kann ebenfalls beim Roboterfisch hydraulisch bewegt werden.

Auch wenn die Energiedichte der Kreislaufbatterie nur etwa die Hälfte der Energiedichte einer modernen Lithium-Ionen-Batterie beträgt, so hat sie doch ihre Vorteile: Sie ist sicher und flexibel in der Gestaltung, auch Vergrößerungen des Gesamtsystems sind problemlos umsetzbar. Die Leistung der Kreislaufbatterie reicht nach theoretischen Berechnungen der Wissenschaftler aus, um den Roboterfisch 36 Stunden gegen eine leichte Strömung schwimmen zu lassen. "Unsere Arbeit zeigt, dass energiedichte Hydraulikflüssigkeiten in Roboter eingebettet und zirkuliert werden können, um diese mechanisch zu betätigen und elektrisch anzutreiben", schreiben die Forscher als Fazit. (Stefan Parsch, dpa)

Twitter

Folgen Sie unserer Wissen und Forschen Redaktion auf Twitter: