Roboter-Rochen taucht im Marianengraben

Hangzhou (China) - Bereits vor 61 Jahren drang der Schweizer Jacques Piccard mit dem Tauchboot Trieste in den Marianengraben bis auf 10.916 Meter vor. Bis heute halten nur schwere Tauchboote mit stabiler Stahlhülle dem enormen Wasserdruck von mehr als 100 Megapascal stand. Doch bionische Roboter-Rochen könnten die Erforschung der Tiefsee nun deutlich erleichtern. In der Fachzeitschrift „Nature“ berichten chinesische Forscher von einem kleinen Prototyp, der dank seiner eleganten, weichen Struktur tief in den Marianengraben tauchen konnte ohne Schaden zu nehmen.

Wie schon viele zuvor entwickelte Tauchroboter ähnelt der Prototyp, den Tiefeng Li von Zhejiang University in Hangzhou mit seinen Kollegen entwickelt hat, einem kleinen Rochen. Gefertigt aus flexiblen Silikongummi nimmt der Roboter-Rochen mit 28 Zentimeter Spannweite etwa die Maße eines Blatt Schreibpapiers ein. Als Antrieb dienen künstliche Muskeln aus einem elektroaktiven Kunststoff, die sich mit Strompulsen aus einer integrierten Batterie periodisch zusammenziehen und wieder entspannen lassen. Dank der resultierenden Flügelschläge kann der Roboter pro Sekunde etwa fünf Zentimeter weit schwimmen.

Li und Kollegen mussten vor allem die empfindliche Steuerelektronik vor den hohen Wasserdrücken schützen. Dies gelang ihnen durch die Verteilung der einzelnen Elektronikbauteile über den Silikon-Körper des Roboters. Als Vorbild für diese dezentrale Anordnung diente ihnen der erst 2017 im Marianengraben entdeckte Tiefseefisch der Art Pseudoliparis swirei, dessen flacher Schädelknochen ebenfalls eine relativ große Fläche einnimmt. Dieses Prinzip könnte in Zukunft auch genutzt werden, um möglichst viele elektronische Sensoren in den Roboter-Rochen zu integrieren.

Die Stabilität der Elektronik gegenüber dem Wasserdruck und die Schwimmgeschwindigkeit testeten die Forscher in mehreren Schritten: Erst setzten sie ihren Prototypen im Labor in einen Hochdruckwassertank. Danach folgten Feldversuche erst im Chinesischen Meer bei etwa 3200 Meter Wassertiefe und schließlich im Marianengraben im Ostpazifik in knapp 11.000 Meter Tiefe. Bei allen Versuchen blieb die Elektronik völlig intakt.

Aber noch werden ganze Schwärme solcher Roboter die noch wenig bekannte Welt der Tiefsee nicht erkunden können. Vor allem der Antrieb müsste weiter mit effizientereen künstlichen Muskeln optimiert werden. Denn bisher reichen selbst kleine Strömungen aus, um den Roboter-Rochen vom Kurs abzubringen.