Cyborg-Kakerlake läuft mit Tauchanzug stundenlang unter Wasser

Unter einem eingestürzten Gebäude bleiben oft Hohlräume zurück, die nur wenige Zentimeter hoch sind. Darin liegen Betonstücke, Kabel, Staub, Schlamm und Wasser. Für Rettungskräfte ist so ein Weg unerreichbar, viele Roboter bleiben hängen. Eine Kakerlake kommt durch solche Lücken erstaunlich gut hindurch – bis Wasser ihr den Sauerstoff nimmt.

Kakerlaken atmen nicht wie Fische im Wasser, sondern über kleine Öffnungen am Körper. Werden diese Atemöffnungen blockiert, endet ihr Vorteil in engen Räumen schnell. Ein weicher Mini-Tauchanzug soll das verhindern: Er hält Wasser fern, erzeugt Sauerstoff und leitet ihn direkt zu den Atemöffnungen des Tiers.

So wird aus einer lebenden Madagaskar-Fauchschabe eine Cyborg-Kakerlake, die in Laborversuchen bis zu drei Stunden unter Wasser aktiv blieb. Entwickelt wurde der Anzug von Wissenschaftlern der NTU Singapore und der Waseda University.

Cyborg-Kakerlake bleibt unter Wasser beweglich

Cyborg-Insekten tragen kleine elektronische Bauteile, mit denen sich ihre Bewegungen steuern lassen. Anders als Mini-Roboter brauchen sie keinen Motor für jeden Schritt. Sie nutzen ihre eigenen Muskeln. Das spart Energie und macht sie für enge, unübersichtliche Umgebungen interessant.

Die bisherige Grenze lag unter Wasser. Ohne zusätzliche Sauerstoffversorgung verlieren landlebende Insekten dort schnell ihre Bewegungsfähigkeit. In den Versuchen liefen Kakerlaken ohne Anzug nur kurze Zeit weiter. Mit dem neuen System blieben sie dagegen deutlich länger aktiv und reagierten weiter auf Steuerimpulse.

Mini-Anzug erzeugt gezielt Sauerstoff

Der Tauchanzug besteht aus einem kleinen Sauerstofftank, einer flexiblen wasserdichten Hülle und vier dünnen Silikonschläuchen. Der Tank stammt aus dem 3D-Drucker. In seinem Inneren sitzt ein Schwamm mit Mangandioxid. Gibt man verdünntes Wasserstoffperoxid hinzu, entsteht Sauerstoff.

Das Gas gelangt anschließend durch die Hülle und die Schläuche zu den Atemöffnungen der Kakerlake. Die Flüssigkeit bleibt im Tank eingeschlossen. Studienleiter Hirotaka Sato von der NTU Singapore vergleicht den Anzug mit einer Taucherflasche: „Unser neuer Insekten-Tauchanzug funktioniert wie der Sauerstofftank, den menschliche Taucher benutzen.“

Warum die Madagaskar-Fauchschabe passt

Für die Tests nutzte das Team die Madagaskar-Fauchschabe. Sie ist groß, robust und flügellos. Dadurch kann sie kleine technische Bauteile besser tragen als viele andere Insekten. Außerdem kommt ihr flacher Körper durch enge Zwischenräume.

Die Schläuche lassen sich nach Angaben der Universität nach den Versuchen wieder entfernen. Tiere seien dabei nicht verletzt worden. Auch die Nachbeobachtung spricht dafür: Mehrere Kakerlaken lebten nach den Tests weiter und verhielten sich laut Studie normal.

© Nature So funktioniert der Mini-Tauchanzug der Cyborg-Kakerlake: Eine wasserdichte Hülle schützt den Körper, ein kleiner Generator erzeugt Sauerstoff, dünne Schläuche leiten ihn zu den Atemöffnungen. Die Bilder zeigen auch, wie das Tier mit Anzug klettert, unter Wasser läuft und wieder auftaucht. © Nature

Tunneltest wird bewusst gefährlich

In einem Versuch mussten die Cyborg-Kakerlaken durch eine 1,7 Meter lange transparente Röhre laufen. Ein Abschnitt enthielt Kohlendioxid, ein anderer stand unter Wasser. So simulierte das Team zwei Gefahren, die in verschütteten oder überfluteten Räumen auftreten können: Sauerstoffmangel und vollständiges Untertauchen.

Ohne Anzug verlor die Kakerlake im Kohlendioxid rasch die Orientierung. Im Wasser kam ein Tier nach kurzer Zeit zum Stillstand. Mit Tauchanzug liefen die Cyborg-Kakerlaken durch beide Zonen. Drei von drei getesteten Tieren schafften den Tunnel.

Kleine Körper erreichen enge Orte

Die Technik soll vor allem dort helfen, wo größere Geräte nicht weiterkommen. Nach Erdbeben, Überschwemmungen oder Starkregen können Trümmer, Abflüsse und Rohre teilweise unter Wasser stehen. Ein Insekt mit Sensoren könnte solche Bereiche erkunden, ohne dass Menschen sich selbst in Gefahr bringen.

Sato nennt genau solche Orte als Ziel: „Das ist wichtig, weil echte Katastrophenorte nach starkem Regen oder Überschwemmungen schwierig sein können.“ Versperrte Wege in Trümmern, Abflüssen und engen Spalten erschweren Rettungsarbeiten.

Sensoren sollen künftig mehr liefern

Noch ist der Mini-Tauchanzug kein fertiges Rettungswerkzeug. Die Forscher arbeiten an robusteren Versionen und an Tests in nachgebauten Katastrophenumgebungen. Auch Sensoren und Navigationssysteme sollen hinzukommen.

„Die zentrale ingenieurtechnische Herausforderung bestand darin, ein System zu bauen, das klein, leicht und flexibel genug ist, damit das Insekt es tragen kann, und zugleich genug Sauerstoff für längere Unterwasserbewegungen erzeugt“, erklärt Professor Shinjiro Umezu von der Waseda University.

Neben der Suche in Trümmern kommen auch überflutete Rohre, Abflüsse und enge Tunnel infrage. Dort könnten Cyborg-Insekten eines Tages prüfen, ob Leitungen beschädigt, verstopft oder mit gefährlichen Gasen belastet sind. Später ließe sich der Mini-Tauchanzug möglicherweise auch für andere Kakerlakenarten, Heuschrecken oder Käfer anpassen.

Kurz zusammengefasst:

Cyborg-Kakerlaken sind lebende Kakerlaken mit elektronischer Steuerung, die ihre eigenen Muskeln nutzen und deshalb weniger Energie brauchen als kleine Roboter.
Ein Mini-Tauchanzug hält Wasser fern, erzeugt Sauerstoff und leitet ihn zu den Atemöffnungen der Kakerlake, sodass sie in Laborversuchen bis zu drei Stunden unter Wasser aktiv blieb.
Künftig könnten solche Cyborg-Insekten enge Trümmer, überflutete Rohre, Abflüsse oder Tunnel erkunden, die für Menschen und größere Roboter schwer erreichbar sind.

Übrigens: Während Cyborg-Kakerlaken eines Tages durch überflutete Trümmer kriechen könnten, soll ein vierbeiniger Roboter schon vorher dort hinein, wo für Feuerwehrleute Giftstoffe zur tödlichen Gefahr werden. Wie der Spürroboter Messwerte und Live-Bilder aus der Gefahrenzone liefert, mehr dazu in unserem Artikel.