"RayBot hat es leider noch nicht in die freie Wildbahn geschafft", erklärt John Long, Professor für Biologie und Kognitionswissenschaft am Vassar College in Poughkeepsie. Dabei hat der künstliche Zitterrochen alle Eigenschaften eines erfolgreichen Roboterfischs. "Effizient, enorm manövrierfähig und bestens geeignet für heimliche Überwachungen", so die Leistungsbeschreibung, erfüllt er wesentliche Vorgaben der US-Navy, die das Projekt in der ersten Phase mit 70 000 Dollar förderte.

Der fünf Kilogramm schwere Robo-Rochen mit dem Silikonkörper sei so konzipiert, um selbstständig an eine bestimmte Stelle eines Gewässers zu schwimmen, dann auf den Grund zu gleiten – "genau wie der echte Rochen sinkt er, sobald er zu schwimmen aufhört" – und sich auf dem sandigen Meeresboden festzusetzen, so Long weiter. "Bei sehr geringem Stromverbrauch kann er dort Daten sammeln, und zwar über einen langen Zeitraum."

Schwimmen wie ein Hai
© Ian Dukes
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Eine neue Robotergeneration nimmt sich die Natur zum Vorbild – und schwimmt zum Teil ähnlich wie ein Hai, um im Meer nicht aufzufallen.
Mit den entsprechenden Sensoren ausgerüstet, ist RayBot beispielsweise in der Lage, Ölverschmutzungen aufzuspüren, Temperatur, Salzgehalt oder die Menge der Biomasse zu ermitteln, die Pflanzen in einem bestimmten Meeresgebiet produzieren oder auch die Bewegungen von auf dem Boden lebenden Meerestieren aufzuzeichnen – genau wie die etwaiger U-Boote. "Dabei kann er dank seiner winzigen Ultraschallmotoren sehr leise operieren."

Und er müsste nicht einmal auftauchen, um die gesammelten Informationen zu übermitteln, sondern könnte akustisch mit einem Schiff in der Nähe kommunizieren oder ein Speichermedium auswerfen, das an der Oberfläche abgefischt werden kann. Möglich allerdings auch, dass der Roboterfisch – autonom wie er nun mal ist – es für sinnvoller hält, selbst aufzutauchen, um eine abhörsichere Satellitenverbindung herzustellen.

Klingt wie der ideale Tarnkappenfisch. Warum aber schaffte RayBot es nicht in die "freie Wildbahn"? "Weil das Office of Naval Research für die zweite Phase keine Fördergelder mehr zur Verfügung gestellt hat – die gingen an zwei andere Projekte." Gleichwohl zeigt sich Long zuversichtlich, neue Finanzmittel in der Wirtschaft auftreiben zu können.

Transphibian ist schon unterwegs

Ein bionischer, aus der Biologie abgeleiteter Roboter des Professors aus Poughkeepsie schaffte es bereits in die Welt der Spione: Robot Madeleine, etwa so groß wie eine Meeresschildkröte, entwickelte sich weiter zu Transphibian – einem unbemannten, autonom operierenden Unterwasserfahrzeug, das die Firma iRobot aus Bedford im US-Bundesstaat Massachusetts herstellt und vertreibt.

RayBot
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Andere Roboter hatten Rochen als Vorbild: Ausgestattet mit moderner Sensorentechnik, sollen sie im Umweltschutz zum Einsatz kommen.
Der von Longs Team konzipierte Vierflossenantrieb erlaubt es Transphibian, sicher in den sechs Freiheitsgraden zu navigieren, wie die Ingenieure sagen: Er kann sich in alle drei Richtungen bewegen und um alle seine drei Achsen drehen. Dabei wendet die Hightechmaschine auf engstem Raum, weicht Hindernissen geschickt aus. Mit Transphibian "entdecken und räumen Sie Minen sogar in der Brandungszone eines Gewässers zuverlässig", schwärmt der Hersteller. Zudem sei der Roboter fähig, unter Wasser schwimmend große Distanzen zurückzulegen, könne also aus sicherer Entfernung zu einem Aufklärungseinsatz geschickt werden. "So halten Sie Ihr Personal aus der Schusslinie", so der Hinweis für interessierte Militärs.

Bei nachrichtendienstlichen Operationen kommt es naturgemäß darauf an, dass sie geheim ablaufen. Die dafür eingesetzten Roboter sollten daher nicht oder nur sehr schwer aufzuspüren sein. "Die meisten Meerestechniker glauben, Heimlichkeit unter Wasser habe in erster Linie mit akustischen Wellen zu tun", erläutert John Long. Aber das sei keineswegs die einzige Art und Weise, mit denen RayBot und Co entdeckt werden könnten. "Die meisten von ihnen erzeugen zudem noch elektrische, magnetische, optische, hydrodynamische und olfaktorische Signale – Gerüche, die vom Fett um die wasserdichten Lager, von Reinigungsflüssigkeiten oder Antifouling-Anstrichen herrühren."

Roboterfische auf der Jagd nach Umweltsündern

Im Seehafen der nordspanischen Industriestadt Gijón am Golf von Biskaya dürfte auf Huosheng Hus Roboterfische einiges zukommen – darunter auch 150 Meter lange Frachter und Tanker, denen sie in der kleinen, ein wenig verwinkelten Anlage selbsttätig ausweichen müssen. Doch nicht nur der Schiffsverkehr bereitet Hu, Professor an der Fakultät für Computer Science und Electronic Engineering der University of Essex, Sorgen, sondern auch die Unwägbarkeiten des Atlantischen Ozeans selbst: "Wellen und Wasserströmungen innerhalb und außerhalb des Hafenbeckens ändern sich stetig, rasant und unberechenbar."

Salamandra robotica
© Biorobotics Laboratory, EPFL
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Einer der ersten Roboter, der drei verschiedene Bewegungsarten beherrscht: Schwimmen, Gehen und Kriechen wie eine Schlange.
So groß die Herausforderungen für die anderthalb Meter langen, batteriebetriebenen Roboter – Herstellungskosten etwa 23 000 Euro pro Fisch – auch sein mögen, die Mission dürfte es wert sein, denn Hus bionische Schützlinge sollen selbstständig Umweltsünder aufspüren. "Mit Sensoren messen sie beispielsweise den Sauerstoffgehalt im Wasser und erkennen Abnormitäten – etwa Öl, das aus einem Leck in einem Schiffsrumpf ausläuft, oder Schadstoffe aus der Landwirtschaft, die über eine Unterwasserpipeline eingeleitet werden."

Fortbewegung nach Haivorbild

Laut Europäischer Kommission kostet die Überwachung der Meeresverschmutzung in den Häfen der EU rund 350 Millionen Euro pro Jahr. Und derzeit existiere kein System, das diese Aufgabe vollständig autonom erledigen könne. "Weltweit zum ersten Mal werden wir Anfang kommenden Jahres drei Roboterfische einsetzen, die ein Hafenbecken – das von Gijón – kontrollieren, ohne dass Menschen eingreifen."

Wie Haie sollen sie schwimmen – angetrieben von Wellenbewegungen, die sie mit Rumpf und Schwanzflosse erzeugen. Gegenüber Propellerantrieben, so Hu im Interview mit dem Webmagazin "The Naked Scientists", habe dies zwei entscheidende Vorteile: "Fischähnliche Bewegungen erzeugen unter Wasser keine Störungen, und schwimmende Roboter ohne Schiffsschraube gefährden die echten Fische nicht."

Auf eine Spitzengeschwindigkeit von 3,6 Kilometer pro Stunde kommen die drei Umweltdetektive, die über Sonarsignale miteinander kommunizieren und Navigationsdaten, darunter auch Warnungen vor Felsen und anderen Hindernissen, austauschen. "Aufgetaucht übermitteln sie ihre Erkenntnisse per WLAN zu einem Kontrollzentrum im Hafen, wo in Echtzeit eine dreidimensionale Darstellung der aktuellen Schadstoffbelastungen im Hafen erstellt werden kann", so Hu abschließend. Die EU fördert dieses Projekt namens SHOAL, an dem insgesamt sechs Partner beteiligt sind, mit 2,75 Millionen Euro.

Aufklärungsflüge in gefährlicher Umgebung

Mit welchem Betrag Armasuisse, die Beschaffungsbehörde der Schweizer Armee, das AirBurr-Projekt finanziell unterstützt, war zwar nicht zu erfahren, sicher aber ist, dass sie dem "Fluggerät für die Aufklärung kritischer Infrastruktur", wie sie es nennen, hohe Priorität einräumen. Schließlich soll es einen "schnelleren, sicheren und gezielteren Zugang zum Einsatzort" ermöglichen sowie "Eindringlinge mit hoher Sicherheit identifizieren und lokalisieren".

AirBurr
© LIS
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Fähigkeiten, die man dem seltsam anmutenden Objekt, das Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) seit 2009 entwickeln, auf den ersten Blick keineswegs zutraut. Denn das Demonstrationsvideo zeigt nur, wie ein etwa 40 Zentimeter langes Gestänge aus Karbonfasern mit zwei gegenläufigen Propellern und Flügeln aus ultraleichter Mylarfolie zunächst im Schwebeflug verharrt, dann vorwärtsfliegt, gegen eine Wand prallt, zu Boden fällt, sich aufrappelt und weiterfliegt.

Doch um genau dieses insektenähnliche Verhalten geht es. "Wie eine Fliege, die sich ihren Weg aus einem Raum heraus sucht, stößt AirBurr so lange gegen die Wand, bis er den Ausgang gefunden hat", erklärt Adrien Briod, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Laboratory of Intelligent Systems der EPFL. Statt Kollisionen zu vermeiden, soll das Flugobjekt sie heil überstehen. Viel wiegen darf es deshalb nicht. Etwa 100 Gramm bringt AirBurr auf die Briefwaage, plus ein paar weitere Gramm für die Nutzlast – Computer, Sensoren und Miniaturkamera.

"Ein solcher Roboter, der robust und flexibel genug ist, um in einer unübersichtlichen, hochkomplexen Umgebung zu fliegen, kann Innenräume erkunden, die zu betreten für Menschen zu gefährlich wäre", so Briod weiter. „Und auch wenn er in hohem Maß autonom agiert, nimmt er durchaus Befehle entgegen", ergänzt sein Kollege Adam Klaptocz. So könne ihn ein Bediener – der die Lage dank Video-Feedback immer im Blick hat – per Funk anweisen, in diesen statt in jenen Korridor vorzurücken. Alles Weitere würde AirBurr dann selbstständig erledigen. "Deshalb kann er auch von fliegerischen Laien problemlos benutzt werden."

Einsatz auch unter Katastrophenszenarien

Wer vor wenigen Jahren zur richtigen Zeit am Nordufer des Genfer Sees unterwegs war, konnte Zeuge eines merkwürdigen Schauspiels werden: Im flachen, klaren Wasser schwimmt mit schlängelnden Bewegungen ein gelber, etwa einen Meter langer Schwanzlurch dem Ufer entgegen und setzt seinen Weg schnurstracks über Sand und Schotter fort, sobald er festen Boden unter den vier Füßen hat. Wären da nicht das glänzende Plastik seiner neun Rumpfglieder und das quietschende Geräusch – man könnte die Amphibie für echt halten.

"Salamandra robotica ist einer der ersten Roboter, der drei verschiedene Bewegungsarten beherrscht: Schwimmen, Gehen und Kriechen wie eine Schlange", sagt Auke Jan Ijspeert, außerordentlicher Professor im Biorobotik-Labor der EPFL in Lausanne. Somit kommt er nicht nur im Wasser, auf Sand, sondern auch im Schlamm voran, weswegen er bei Such- und Bergungseinsätzen nach Erdbeben oder Überschwemmungen von großem Nutzen sein könnte. "Er passt durch kleinere Öffnungen als Menschen oder Rettungshunde, und er benötigt keinen Sauerstoff."

Allerdings sind die aktuellen Prototypen von Salamandra robotica für eine solche Mission noch nicht wirklich bereit. "Sie schaffen die Wellenbewegung bisher nur in der horizontalen Ebene und würden deshalb schnell irgendwo stecken bleiben." Zudem müsse ihre Konstruktion noch robuster angelegt werden, damit sie auch Stürze aus größerer Höhe überstünden. "Je mehr ich auf dem Gebiet der Biorobotik forsche, desto tiefer bin ich davon beeindruckt, was Tiere zu leisten vermögen. Erst wenn man selbst Roboter entwickelt, begreift man, welche unglaublich komplexen Probleme die Natur bereits gelöst hat", sagt Ijspeert.

Der Rekordläufer

Wie ein Gepard es fertigbringt, mit einer Geschwindigkeit von über 100 Kilometern pro Stunde über raues, unwegsames Gelände zu jagen, ohne zu stolpern, fasziniert ein Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT) so sehr, dass es sich das ehrgeizige Ziel gesetzt hat, einen Roboter zu entwickeln, der das ebenso kann.

Robotergepard
© Biomimetic Robotics Lab
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Dieser vierbeinige Lauftierroboter ist dem schnellsten Landsäuger nachempfunden – dessen Spitzengeschwindigkeiten wird er aber erst einmal nicht erreichen.
"Wir haben die Biomechanik der vierbeinigen Lauftiere gründlich studiert und dann wesentliche Eigenschaften der natürlichen Vorbilder übernommen", erklärt Sangbae Kim, Assistenzprofessor am Biomimetic Robotics Lab des MIT – beispielsweise die flexible Wirbelsäule, die beim Laufen mitschwingt und weit ausgreifende Schritte möglich macht. "Außerdem haben wir spezielle elektromagnetische Aktuatoren für die Beinbewegungen konstruiert, die einen Hochleistungsantrieb und große Drehmomente an den Gelenken generieren." Bis zu 55 Kilometer pro Stunde soll der erste Robo-Gepard damit einst schnell sein.

Noch in diesem Herbst will das Team den ersten Prototyp bauen. In Serie gehen soll Cheetah dann 2012. Und genau wie einige seiner künstlichen Kollegen dürfte er "bei Kriegs-, aber auch bei Katastrophenszenarien zum Einsatz kommen. Eben überall dort, wo man ansonsten Menschenleben riskieren würde", vermutet Kim.


Anm. d. Red.: In einer früheren Fassung dieses Artikels wurden die sechs Freiheitsgrade falsch erklärt. Wir bitten den Fehler zu entschuldigen.