Ein wissenschaftliches Forschungsteam aus Singapur hat kürzlich ein Miniatur-Unterwasser-Überlebenssystem für die „Cyber-Kakerlake“ entwickelt, damit sie auch in sauerstoffarmen und wassergefüllten Umgebungen weiterhin Aufgaben erfüllen kann. Dies stellt ein neues Werkzeug für zukünftige Such- und Rettungsarbeiten in Überschwemmungsruinen, Entwässerungsrohren und engen Lücken dar.Dieses Projekt wurde von der Nanyang Technological University geleitet. Forscher installierten ein „Taucheranzug“-Gerät aus 3D-Druck, das nur etwa 10×10 mm groß ist, auf dem Rücken einer Kakerlake. Es entspricht einem tragbaren Lebenserhaltungssystem und erweitert die Anwendungsszenarien von mehr als zehn Jahren Forschung zu Cyber-Insekten.
Zuvor wurden verschiedene Cyber-Insektensysteme in Szenarien wie Such- und Rettungsaktionen sowie Infrastrukturinspektionen getestet. Sie sind jedoch auf den Einsatz in einer trockenen, sauerstoffreichen Umgebung beschränkt und können nicht effektiv in Bereiche vordringen, die von Überschwemmungen durchnässt oder durch Wasser blockiert sind. Dies ist ein großer Fehler in echten Katastrophenszenen. Das Ziel des Teams der Nanyang Technological University besteht darin, die natürlichen Beschränkungen von Insekten zu durchbrechen, die zum Atmen auf Sauerstoff in der Luft angewiesen sind, damit sie sich weiterhin in seichten Gewässern, feuchten und sauerstoffarmen Räumen bewegen können, anstatt gezwungen zu sein, in trockenen Bereichen am Boden zu bleiben.
Das Herzstück dieses „Taucheranzugs“ ist eine chemische Sauerstofferzeugungseinheit, die mithilfe von Wasserstoffperoxid- und Mangandioxid-Katalysatoren zu Sauerstoff reagiert. Anschließend wird es über vier Silikonschläuche in die Ventilöffnungen am Körper der Kakerlake eingeführt und leitet so direkt Sauerstoff an die Atemwege der Kakerlake. Da das gesamte Gerät sehr leicht ist und nah am Rücken befestigt wird, wird die Beeinträchtigung der Bewegungen der Kakerlake minimiert und ermöglicht, dass sie einen nahezu natürlichen Bewegungszustand beibehält.
Hinsichtlich der Steuerungsmethode folgt das System der konsequenten Architektur von Cyber-Insekten: Forscher verbinden Elektroden mit dem Gehirn und den Sinnesorganen der Kakerlake, und der menschliche Bediener sendet elektrische Signale, um die Richtungssteuerung zu erreichen, während das Insekt selbst weiterhin für die Feinabstimmung des spezifischen Gangs und Weges verantwortlich ist. Da dieses System die ursprüngliche Flexibilität und Anpassungsfähigkeit lebender Insekten nutzt, sind keine zusätzlichen Motoren oder Batterien mit großer Kapazität erforderlich, was das Gewicht und die strukturelle Komplexität erheblich reduziert und gleichzeitig den Vorteil der autonomen Fortbewegung in engen und unregelmäßigen Räumen beibehält.
Um die Wirksamkeit des neuen Geräts zu überprüfen, druckte das Team eine Reihe schmaler, rohrartiger Hinderniskanäle in 3D, um reale Umgebungen wie überflutete Rohrleitungen, Dachrinnen und innere Hohlräume in eingestürzten Strukturen zu simulieren. Die Testergebnisse zeigen, dass die Bewegungsgeschwindigkeit von Kakerlaken, die Tauchgeräte tragen, in diesen simulierten Umgebungen im Vergleich zu der an Land nicht wesentlich abnimmt. Der größte Unterschied spiegelt sich in ihrer Überlebenszeit unter Wasser wider: Personen ohne Geräte können nur wenige Minuten überleben, während Cyber-Kakerlaken, die dieses System nutzen, sich bis zu drei Stunden unter Wasser fortbewegen können.
Hirotaka Sato, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der Nanyang Technological University, sagte, dass echte Katastrophenstandorte nach starken Regenfällen oder Überschwemmungen häufig überflutete Ruinen, verstopfte Entwässerungssysteme und Wasseransammlungen in engen Lücken aufweisen, was es traditionellen Robotern und Rettungsteams erschwert, tief einzudringen. Er glaubt, dass durch die Erweiterung der Einsatzbedingungen von Cyber-Insekten und die Ausweitung ihres Einsatzspektrums auf Flachwasser und sauerstoffarme Umgebungen ihr praktischer Wert bei Such- und Rettungsmissionen erheblich gesteigert werden dürfte.
Das Forschungsteam betonte, dass dieses System derzeit nicht für das Tiefwassertauchen konzipiert ist, sondern sich auf flaches Wasser, hohen Wassergehalt oder anoxische, aber enge Raumumgebungen konzentriert und ein kleines und langlebiges „lebendes Werkzeug“ für schwer zugängliche Bereiche darstellt. Die entsprechenden Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und gelten als ein weiterer Fortschritt in der Forschungsrichtung, lebende Organismen und elektronische Systeme tief zu integrieren, anstatt Mikroroboter von Grund auf zu bauen. Das ultimative Ziel besteht darin, eine praktische Plattform zu schaffen, die tief in Orte vordringen kann, die für herkömmliche Roboter schwer zu erreichen sind.