Biotechnik:Dieser Roboter-Rochen schwimmt fast so elegant wie sein Vorbild

Biotechnik: Roboter-Rochen der Harvard University

Roboter-Rochen der Harvard University

(Foto: Karaghen Udson / Michael Rosnach / Science)

Forscher haben aus Kunststoff und Ratten-Zellen einen Roboter-Rochen gebaut. Obwohl er weder Gehirn noch Nerven hat, kann der "Bio-Hybrid" sich im Wasser fortbewegen.

von Christian Endt

Er besteht aus Kunststoff und genmanipulierten Herzmuskel-Zellen von Ratten, für die Stabilität sorgt ein Skelett aus Gold: Wissenschaftler haben einen Roboter-Rochen konstruiert, der sich wie sein natürliches Vorbild mit einem wellenförmigen Flossenschlag vorwärts bewegt. Die Forscher um Kevin Parker von der Harvard University berichten über ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Science.

Der Roboter ist ein sogenannter Biohybrid, da er aus lebendem und nicht-lebendem Material zusammengebastelt wurde. Es handelt sich nicht um ein Lebewesen - der künstliche Rochen verfügt über kein Nervensystem und pflanzt sich auch nicht fort. Allerdings betreiben die 200 000 verbauten Zellen eine Art Stoffwechsel: Statt in reines Wasser setzen die Forscher ihren Roboter in eine Zuckerlösung, die den Muskelzellen ihre Energie liefert.

Damit lassen sich die Zellen relativ lange am Leben halten: In einem Versuch brachte die Maschine nach sechs Tagen noch 80 Prozent der ursprünglichen Leistung. Sie erreicht dabei eine Geschwindigkeit von 1,5 Millimetern pro Sekunde. Der Roboter-Rochen wiegt etwa zehn Milligramm und ist etwa so groß wie eine 1-Cent-Münze.

Gesteuert wird der Robo-Rochen durch Lichtsignale

Um den Roboter steuern zu können, haben die Bio-Ingenieure die Muskelzellen gentechnisch so verändert, dass diese auf Licht reagieren. Beide Flossen lassen sich mit Lichtsignalen unabhängig voneinander ansteuern, so dass der Rochen auch Kurven schwimmen und wenden kann. In den Experimenten gelang es, die Maschine durch einen Parcours zu navigieren.

Untereinander geben die Zellen das Bewegungs-Signal weiter, in dem sie Kalzium-Ionen an ihre Nachbarzellen fließen lassen. So gerät eine Kettenreaktion in Gang, aus der sich das wellenförmige Bewegungsmuster nach Vorbild natürlicher Rochen ergibt. Die Muskelzellen sind dabei allerdings nur für die Bewegung in Abwärtsrichtung verantwortlich. Eigentlich braucht jeder Muskel einen Gegenspieler für die umgekehrte Richtung.

Da die Forscher den Aufbau einfach halten und ohne eine zweite Muskelschicht auskommen wollten, haben sie sich eine andere Lösung überlegt. Sie haben das Goldskelett so konstruiert, dass sich bei der Abwärtsbewegung der Flossen eine Spannung aufbaut. Ist ein bestimmter Punkt überschritten, entlädt sich diese Spannung wie bei einer Feder und zieht die Flossen des Roboters wieder nach oben.

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