Vorbild Meeresschildkröte: Roboter paddelt über den Strand

Atlanta (USA) - Frisch geschlüpft eilen Meeresschildkröten so schnell wie möglich über den Strand zum offenen Meer. Nur dank des geschickten Einsatzes ihrer Paddelbeine haben sie eine Chance, gefräßigen Möwen zu entkommen. Diese Fortbewegung analysierten nun amerikanische Bioniker und entwickelten danach einen Roboter, der ebenfalls mit flexiblen Paddeln sicher über lockeren oder festen Grund laufen konnte. Ihre Ergebnisse, die sie in der Fachzeitschrift „Bioinspirations and Biomimetics“ veröffentlichten, soll die Konstruktion von vielseitig einsetzbaren Amphibienrobotern erleichtern.

„Ein multimodaler Roboter braucht Paddel zum Schwimmen, sollte damit aber auch auf einem Strand laufen können“, sagt Daniel Goldman vom Georgia Institute of Technology in Atlanta. Zusammen mit seinen Kollegen analysierte er Videoaufnahmen von jungen Meeresschildkröten und erkannte, wie flexibel die stark gefährdeten Tiere ihre paddelförmigen Beine an Land verwendeten. So tauchten die Schildkröten ihre Paddel in weichen Sand ein und zogen ihre Körper mit einer schwimmähnlichen Bewegung nach vorne. Trafen sie dagegen auf einen härteren Untergrund, legten sie ihre vorderen Paddelbeine möglichst fest auf, drückten sich ab und ruckten mit ihren Hinterbeinen ein Stück nach vorne. Mit beiden Strategien erreichten sie etwa die gleiche Geschwindigkeit von rund acht Zentimetern pro Sekunde.

Genau diese variable Fortbewegungsart konnten Goldman und Kollegen nun mit einem 20 Zentimeter langen Schildkrötenroboter, FlipperBot getauft, nachstellen. Mit Elektromotoren angetrieben konnte die Maschine zwei größere Vorderpaddel flexibel verdrehen und seitlich nach hinten bewegen. Für ihre Versuche setzten sie ihren Roboter nun nicht auf Sand, sondern in eine Wanne mit kleinen Samenkörnern. In diesen lockeren Untergrund konnten die Paddel eintauchen und nach hinten bewegt werden. Dabei schleuderte der Roboter nur wenige Samen auf und konnte den größten Teil der Paddelzüge in eine Vorwärtsbewegung umsetzen. „Die Flexibilität der Paddel minimiert den Materialtransport, so dass der Untergrund nur wenig verändert wird“, sagt Goldman. Schwimmfähig ist dieser erste Prototyp allerdings noch nicht. Doch gehen die Forscher davon aus, dass die Paddel für einen Antrieb durch Wasser wie bei dem natürlichen Vorbild der Schildkröte gut geeignet sein sollte.

Im Detail untersucht stieß dieses Strandlaufen mit Paddeln allerdings auch an seine Grenzen. Tier wie Roboter bekamen Probleme und wurden deutlich langsamer, wenn der Untergrund nicht mehr flach war und Sand oder Samen zu kleinen Hügeln aufgeworfen waren. Für die frisch geschlüpften Meeresschildkröten werden solche Hindernisse schnell zu einer tödlichen Falle, da sie leichter von Möwen gefressen werden können. Sollten auch Amphibienroboter mit Paddelantrieb an solch kleinen Hürden scheitern, würde ihre Vielseitigkeit deutlich eingeschränkt werden. Diesen Nachteil müssten nun Roboter-Entwickler in zukünftigen Konstruktionen berücksichtigen.