Technik

Bionik könnte das Mensch-Maschine-Verhältnis für immer verändern

von
Paul Bandelin

Natur und Tiere als Vorbilder für Roboter und Technik: Wie Bionik, Softrobotik und experimentelles Design die Zukunft des menschlichen Körpers verändern.

Ein weiblicher Oktopus, der im Meer vor Hawaii schwimmt.
Der Oktopus diente einem Team aus Harvard als Vorbild für einen kleinen Roboter, in dem Flüssigkeiten in einem Kreislaufsystem arbeiten. Foto: picture alliance/Design Pics

Das erfahren Sie gleich:

  • Ist Softrobotik – als neuer Zweig der Bionik – die Zukunft der Robotik?
  • Können Fähigkeiten von Tieren, übertragen auf Roboter, unser Leben vereinfachen?
  • Liegt die Zukunft von Robotik und Bionik im experimentellen Design?

Wie Bionik von der Natur lernt

Leonardo da Vinci war ein Vorreiter in der Bionik. Bereits im 15. Jahrhundert wollte er den Vogelflug auf von Menschen gebaute Flugmaschinen übertragen, um sich so ein Phänomen aus der Natur für die Technik anzueignen.

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Den Begriff „bionics“ prägte allerdings erst der amerikanische Luftwaffenmajor Jack E. Steele im Jahr 1960 auf einer Konferenz in Dayton, Ohio. Was die Menschen im Laufe der Zeit immer weiter zu optimieren versuchten, scheint derzeit nicht mehr aufzuhalten.

Ob ein Oktopus oder künstliche Organe aus dem 3-D-Drucker; ein Schuh, der den Menschen am Umknicken hindert – den Ideen sind dank der Variabilität der Natur keine Grenzen gesetzt.

Wie Tiere Vorbilder für Roboter werden

Mittlerweile gibt es zahlreiche Roboter, die die Macher nach dem Vorbild eines Tieres erschaffen haben und in die erstrebenswerte Fähigkeiten integriert wurden. Diese Roboter sind meist etwas kleiner, ihr physiologisches Verhalten nähert sich aber mehr und mehr dem der echten Tiere an.

Einen Schritt weiter geht die Softrobotik. Die noch recht junge Teildisziplin kombiniert harte und weiche Materialien und kreiert somit lebensnahe Roboter.

Manche davon können sich autonom bewegen und sind nicht einmal mehr auf feste Komponenten angewiesen, kurz: Die Roboter von heute bestehen nicht mehr aus Blech, sind beweglicher und weniger klobig.

Der Octobot: Ein Roboter-Oktopus

Der „Octobot“ der Harvard Universität ist ein typischer Vertreter der Softrobotik: Er basiert auf einem Oktopus und trägt keine festen Bauteile in sich. Seine Komponenten stammen zu hundert Prozent aus dem 3-D-Drucker.

Ein Novum ist der Antrieb des Octobots: Ein Kreislauf aus Mikrofluiden, der im Inneren eine chemische Reaktion erzeugt.

Der Octobot der Harvard University; sein Äußeres ist durchsichtig, innen ist ein Flüssigkeitskreislauf in grellem Pink zu sehen.
Der Octobot ist ein Roboter nach dem Vorbild des Oktopus'. Dank seines Kreislaufsystems ist er völlig autonom. Foto: Lori Sanders/Harvard University

Ein Rochen als Softroboter

Ebenso in Harvard haben Forscher einen nur 16 Millimeter langen Roboter konstruiert, der der Physiologie eines Rochens nachempfunden ist. Die Kombination aus Gold, Kunststoff und intakten tierischen Zellen lassen ihn lediglich zehn Milligramm wiegen.

Seine Körperhülle ist aus elastischem Kunststoff gefertigt, und die Oberfläche ist mit rund 200.000 Herzmuskelzellen von Ratten besiedelt. Diese Zellen haben die Wissenschaftler genetisch so verändert, dass sie auf Lichtsignale mit Kontraktion reagieren.

Ziehen sich die Zellen zusammen, resultiert daraus eine wellenförmige Flossenbewegung. Unterschiedliche Signale sorgen für ein Auf- und Absenken der linken beziehungsweise der rechten Flosse.

Ganz perfekt ist der Roboter-Rochen aber noch nicht: Da die Herzmuskelzellen auf eine bestimmte Nährstofflösung angewiesen sind, kann er sich nur in einem ausgewählten Biotop mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1,5 Millimetern pro Sekunde bewegen.

Problematisch für die Macher solcher Roboter ist die Tatsache, dass sie mit toter Materie arbeiten. Die erschaffenen Komponenten sind lediglich eine technische Abstraktion, die sich an der Funktionalität des Tieres orientieren – und kein identisches Abbild dessen.

Wie Bionik dem Menschen helfen soll

Softrobotik muss aber nicht zwangsläufig etwas mit tierischen Eigenschaften zu tun haben. Ein neu entwickelter Schuh soll die Achillessehne beim Laufen vor dem Umknicken schützen.

Der Maschinen-Schuh „Adaptiv“ von SOLS bietet dem Träger eine signifikante Unterstützung, sollte sich sein Fuß beim Training einmal zu sehr nach links oder rechts neigen. Unnatürliche Bewegungen werden sofort ausgeglichen, was Bänder und Gelenke schont.

Roboter in der Pflege sind in einigen Bereichen längst keine Exoten mehr. Mit der Softrobotik lässt sich besonders in der Reha einiges verändern. Denn nicht nur Profisportler, auch Menschen mit Fehlstellung der Füße oder in der Reha profitieren enorm von solchen Erfindungen.

Experimentelles Design: Die Zukunft der Bionik

Unter Wissenschaftlern besteht kein Zweifel, dass Bionik ein wichtiger Zweig der Robotik bleiben wird. Nur muss die Menschheit es schaffen, Maschinen intelligenter und flexibler zu gestalten, um diese gleichzeitig effizienter und weniger steif zu machen.

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Experimentelles Design in der Bionik ist daher unerlässlich, um neue Erkenntnisse zu gewinnen. Dabei dient die Natur als unerschöpfliche Inspirationsquelle für alle möglichen Aufgabenstellungen – hat sie doch auftretende Probleme bisher immer kreativ gelöst.

Bis die Industrie die Softrobotik aber umfassend einsetzen kann, ist es noch ein weiter Weg. Dennoch wird sie in Zukunft Anwendungen ermöglichen, an die bisher nicht zu denken war. Bei immer menschlicher werdenden Robotern bleibt es spannend, in welche Richtung sich die Reise noch entwickelt.

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