Ein Forschungsteam an der Nanyang Technological University in Singapur verwandelt „Cyberkakerlaken“, die ursprünglich zur Katastrophenhilfe eingesetzt wurden, in spezielle Werkzeuge zur Überwachung der Infrastruktursicherheit. Sie können in enge Räume bohren, die für herkömmliche Roboter schwer zu erreichen sind, und veraltete Pipelines und unterirdische Anlagen inspizieren. Diese „bionischen Kakerlaken“ bestehen aus lebenden Kakerlaken und elektronischen Rucksäcken, die ferngesteuert werden können. Forscher nutzen elektrische Signale, um ihre Bewegungsbahnen genau zu steuern und bieten so eine neue Inspektionsmethode für städtische U-Bahn-Netze.
Das Projekt wird von Professor Hirotaka Sato von der School of Mechanical and Aerospace Engineering der Nanyang Technological University geleitet, der einer der Pioniere auf dem Gebiet der Cyberinsektenforschung ist. In seinen frühen Jahren transformierte er Käfer und realisierte den weltweit ersten „Cyber-Käfer“, der den Flug fernsteuern konnte. Diese Leistung wurde später in das Guinness-Buch der Rekorde aufgenommen. Heute treiben er und sein Team verwandte Technologien voran, von Katastrophenschutzszenarien bis hin zu routinemäßigeren Infrastrukturbetriebs- und -wartungsanwendungen.
„Wir testen jetzt einige alltägliche Anwendungsfälle, beispielsweise die Inspektion alter Pipelines“, sagte Sato in einem Interview mit der Financial Times. Die Körperstruktur von Kakerlaken hat im Laufe der Evolution die Fähigkeit entwickelt, sich in Lücken zu zwängen, und dies ist ein Vorteil, den viele Rad-, Ketten- und sogar schlangenähnliche Roboter nicht vollständig erreichen können. Durch die Kombination der natürlichen Mobilität von Kakerlaken mit dem von der Nanyang Polytechnic entwickelten Steuermodul entsteht ein neues Inspektionswerkzeug, das sich für die Fahrt durch enge Räume eignet. Es eignet sich besonders für unterirdische Rohrkorridore wie Strom-, Kommunikations-, Wasserversorgungs- und Abwasserleitungen sowie Abwasserleitungen, in die Menschen und herkömmliche Roboter nur schwer eindringen können.
Jede Cyberschabe trägt auf dem Rücken ein leichtes elektronisches Modul, das mithilfe schwacher elektrischer Signalstimulation die Bewegungsrichtung des Insekts steuert. Der Bediener kann über das Steuerterminal Signale an das Modul senden, um eine Fernsteuerung und Fahrsteuerung der Kakerlake zu erreichen. Die neueste Version des Steuerungssystems reduziert den Spannungsbedarf im Vergleich zur Vorgängerversion um etwa 25 % und verlängert dadurch die Gesamtlebensdauer der Batterie. Die Mitglieder des Projektteams betonen, dass diese elektrischen Impulse den Kakerlaken keine Schmerzen bereiten.
Bereits vor einem Jahr hatte das Team dieses System auf extreme Katastrophenszenarien angewendet. Damals wurden zehn Cyberkakerlaken mit Infrarotkameras in einem Erdbebengebiet in Myanmar mit einer Stärke von 7,7 eingesetzt, um in den Ruinen nach Überlebenden zu suchen. Obwohl bei dieser Operation keine Lebenszeichen gefunden wurden, bewies sie die Machbarkeit und Toleranz der Cyber-Kakerlake in einer realen Katastrophenumgebung und legte den Grundstein für die spätere Erweiterung der Anwendungsszenarien.
Nach Abschluss der Überprüfung des Katastrophenszenarios begann das Team, sich auf die Verbesserung der groß angelegten Bereitstellungsfähigkeiten des Systems zu konzentrieren. Durch die Einführung eines automatisierten Montageprozesses können Forscher nun ein Steuermodul in etwas mehr als einer Minute an einer Kakerlake anbringen, während der gleiche Vorgang zuvor oft etwa eine Stunde dauerte. Die erhebliche Verbesserung der Montageeffizienz macht es zu einer realistischen Option, in Zukunft eine große Anzahl von Cyber-Kakerlaken gleichzeitig bei groß angelegten Inspektionsmissionen einzusetzen.
Da sich das Anwendungsszenario von eingestürzten Gebäuden hin zu städtischen Rohrnetzen verlagert, hat sich auch die „Ausrüstungsform“ von Cyber-Kakerlaken erheblich verändert. Frühere Versionen, die für Rettungseinsätze eingesetzt wurden, verwendeten meist kompakte Rucksackkonstruktionen, aber der neueste Prototyp ermöglicht es Kakerlaken, eine Reihe von Miniatur-„Streitwagen“ zu ziehen – dieses kleine Fahrzeug ist mit Lichtern, Kameras und Batterien mit größerer Kapazität ausgestattet und ist mit kleinen Rädern ausgestattet, damit sich die Gesamtlast innerhalb der Pipeline reibungsloser bewegen kann. Während der Inspektionsmission zieht die Kakerlake das Gerät in der Rohrleitung vorwärts und sammelt so in Echtzeit Bilder und Daten von Rohrwandschäden, Leckagen usw. Das Team plant, in naher Zukunft lokale Versuche in einigen Transport- und Kommunaleinrichtungen in Singapur durchzuführen.
Obwohl Cyberkakerlaken über die Instandhaltung der Infrastruktur hinaus noch ein großes Potenzial haben, betonte Sato deutlich, dass die einschlägige Forschung an der Nanyang Technological University ausschließlich auf den zivilen Bereich ausgerichtet ist. Diese Aussage ist nicht überflüssig, denn in anderen Behörden bewegen sich ähnliche Projekte zur Hybridintegration von „Insekten-Elektronik“ allmählich in Richtung Militär und Geheimdienst. Beispielsweise hat das deutsche Startup Swarm Biotactics einen Prototyp einer „Kakerlaken-Überwachungsplattform“ für Aufklärungszwecke vorgestellt und sieht darin Cyber-Insekten als potenzielle Werkzeuge zur verdeckten Informationsbeschaffung.
Im Gegensatz dazu konzentrierte sich das Cyber-Cakerlake-Projekt auf dem Campus des Nanyang Polytechnic schon immer auf zivile und öffentliche Dienstleistungen. Nachdem sie ihre zugewiesenen Aufgaben erledigt haben, werden die Kakerlaken „zur Ruhe gesetzt“ und in Behälter mit frischem Salat gesteckt, wo sie den Rest ihres Lebens verbringen. Für das Forschungsteam ist diese Vereinbarung, die technische Vorteile und Tierschutz berücksichtigt, auch eines der Grundprinzipien, die sie bei der Erforschung modernster bionischer Technologie einhalten wollen.