Stellen Sie sich vor, Sie sind nach einem Erdbeben unter Trümmern eingeklemmt und sehen eine Kakerlake, die mit Elektronik bedeckt ist und eine Feder-Nadel auf dem Rücken trägt, auf sich zukommen. Dieser Prototyp eines « Cyborg-Paramedics », genannt « Paraborg », könnte eines Tages lebensrettende Hilfe für Opfer bringen, die für Rettungskräfte schwer zu erreichen sind. Seine Entwickler von der University of Queensland in Australien haben die Ergebnisse in der Zeitschrift Advanced Science beschrieben.
Ein Insekt, das sich bereits fortbewegen kann
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, Cyborg-Insekten zu entwickeln, also Insekten, die durch eine elektronische Schnittstelle modifiziert sind. Für T. Thang Vo-Doan, Leiter des Biorobotics Lab der University of Queensland in Brisbane, bieten diese Insekten « eine Abkürzung, um einige der schwierigsten Probleme der Robotik zu umgehen ». Einen Roboter von der Größe eines Insekts zu bauen, der « sich zuverlässig in Trümmern bewegen, unebene Oberflächen überwinden, sich nach einem Sturz wieder aufrichten, seine eigene Energie transportieren und noch Platz für nützliche Sensoren haben kann », sei nach wie vor « außerordentlich schwierig ».
Anstatt also jeden Teil des Körpers eines Insekts mechanisch nachzubauen, können Forscher eine elektronische Schnittstelle auf ein Tier aufpfropfen, das diese Fähigkeiten bereits besitzt. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass es möglich ist, Käfer und Motten zu steuern, aber diese dienten hauptsächlich als passive Sensorplattformen.
Im Jahr 2023 erwähnten Vo-Doan und sein Kollege Thanh Nho Do kurz vor der IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Cyborg-Insekten für Such- und Rettungsdienste. Sie stellten sich damals die Frage: « Was passiert, nachdem ein Insekt ein eingeschlossenes Opfer gefunden hat? » Könnte es über die bloße Ortung hinausgehen und eine Form von Hilfe leisten, während die Rettungskräfte versuchen, es zu erreichen?
Riesige Kakerlaken im Dienste der Rettung
Um diese Frage zu beantworten, arbeiteten die Forscher mit riesigen grabenden Kakerlaken (Macropanesthia rhinoceros) zusammen, die aus Australien stammen. Sie brauchten ein Insekt, das eine erhebliche Last tragen kann, die mehr als die Hälfte seines Gewichts beträgt. Mit einem Gewicht von etwa 40 Gramm ist diese Art die schwerste Kakerlake der Welt, und ihre Größe erleichtert das Anbringen der Schnittstellen.
Die Kakerlaken erhielten eine leichte Elektronik, darunter Elektroden, die in die Antennen und in kleine, schwanzförmige Anhänge, die Cerci, implantiert wurden. Diese Elektroden werden drahtlos über einen Videospiel-Controller aktiviert und ermöglichen es, das Insekt nach links oder rechts zu drehen, es vorwärts zu bewegen oder anzuhalten.
Einige Insekten trugen eine drahtlose Kamera, andere einen ferngesteuerten Injektor. Eine Feder treibt eine mit Medikament gefüllte Spritze auf ein nahes Ziel. Eine chemische Reaktion in der Spritze erzeugt dann einen Schub Kohlendioxid, dessen Druck den Inhalt in das Ziel drückt. Die Paraborgs sind dafür konzipiert, im Team zu arbeiten, wobei einige eine Kamera tragen, andere einen Injektor mit potenziell lebensrettenden Medikamenten.
Die Wissenschaftler entschieden sich dagegen, Kamera und Injektor auf einer einzigen Kakerlake zu kombinieren, da Gewicht und Größe ihre Beweglichkeit auf schwierigem Gelände beeinträchtigt hätten. Diese doppelte Elektronik hätte auch den Energieverbrauch erhöht und die Betriebsdauer verkürzt. Sie erwägen daher einen Schwarm-Ansatz mit spezialisierten Cyborgs mit komplementären Rollen.
Bei Machbarkeitstests schafften es die Paraborgs, 2,5 Meter zurückzulegen und drei Kontrollpunkte zu passieren, bevor sie ihre Nadeln auf ein Silikonziel von 8 mal 10 Zentimetern abfeuerten. In 25 Versuchen absolvierten die Kakerlaken den Parcours jedes Mal und die Injektion gelang in 72 % der Fälle.
Noch viele praktische Herausforderungen
Vo-Doan und seine Kollegen möchten nun mehrere praktische Probleme lösen: die Bewegungen der Opfer ausgleichen, zuverlässige drahtlose Kommunikation innerhalb eingestürzter Strukturen herstellen und die Cyborgs beim Durchqueren von Umgebungen voller Schutt und Staub führen. Die Autonomie werde nach seiner Einschätzung immer wichtiger, insbesondere wenn die Forscher mehrere Cyborgs gleichzeitig steuern wollen.
Der Forscher erinnert daran, dass diese Insekten Lebewesen bleiben. « Wir steuern sie nicht wie herkömmliche Radroboter », erklärt er. « Die elektrische Stimulation beeinflusst ihre Richtung, aber das Insekt erzeugt und kontrolliert noch einen großen Teil seiner eigenen Fortbewegung. » Um diese Unwägbarkeiten auszugleichen, benötigen die Paraborgs leistungsfähigere eingebettete Systeme, die ihre Position bestimmen und ihre Aktionen überwachen können.
Vo-Doan möchte auch die Reichweite dieser Arbeit relativieren: « Wir schlagen nicht vor, dass es sich hierbei um ein medizinisches Gerät handelt, das heute einsatzbereit für Menschen ist. » Die Wahl der Medikamente und Dosierungen, die Sterilität, die Sicherheit der Nadeln, die Zuverlässigkeit und die Regulierung bleiben offene Fragen.
