Kreislaufbatterie Robo-Fisch schwimmt dank künstlichem Blutkreislauf

Forscher haben einen Roboter mit einem künstlichen Blutkreislauf gebaut. Eine Flüssigkeit treibt den Fisch hydraulisch an und speichert zugleich Energie wie in einer Batterie.
Roboterfisch mit eigenem Gefäßsystem im Aquarium

Roboterfisch mit eigenem Gefäßsystem im Aquarium

Foto: James Pikul/ University of Pennsylvania/ DPA

Ohne den Blutkreislauf in Mensch und Tier geht nichts. Die rote Flüssigkeit bringt Sauerstoff und Nährstoffe zu den Organen und hilft, schädliche oder unnütze Stoffe abzutransportieren. Gleichzeitig reguliert das Blut die Innentemperatur des Körpers, den pH-Wert der Zellen und hilft, Krankheiten zu bekämpfen. Forscher haben nun versucht, das Prinzip für eine technische Anwendung zu nutzen.

Das Team um Robert Shepherd von der US-amerikanischen Cornell University in Ithaca hat einen Roboterfisch mit einem eigenen Gefäßsystem entwickelt. Vorbild für das Gerät war ein Rotfeuerfisch, der in der Natur tropische Korallenriffe bewohnt. Die Forscher statteten den Nachbau mit kleinen Schläuchen aus, in denen statt Blut ein Elektrolyt zirkuliert, die Flüssigkeit einer Batterie. Diese treibt den Fisch über ein hydraulisches System mechanisch an und dient gleichzeitig als Energiespeicher.

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Während Roboter in der Regel einzelne Bauteile für einzelne Aufgaben besäßen, verfüge ein tierischer Organismus über Systeme mit mehreren Funktionen, schreiben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Nature" . Ihre Erfindung hat zwar längst nicht so viele Fähigkeiten wie ein menschlicher Kreislauf, meistert aber immerhin zwei ganz unterschiedliche Aufgaben zugleich.

Die verschiedenen Flossen des Roboterfischs, darunter die langen, aufgefächerten Rückenflossen, nutzten die Forscher als Elektrolyt-Kreislauf. Das System ist nach dem Prinzip einer Redox-Flussbatterie mit Zink-Jodid-Elektrolyt aufgebaut: Während des Ladens scheidet sich Zink aus der Elektrolytflüssigkeit auf einer Elektrode ab, beim Energieverbrauch kehrt sich die Reaktion um.

Kunstfisch schwimmt gegen den Strom

Gleichzeitig kann das Kreislaufsystem hydraulisch Kraft übertragen: Wird die Elektrolyt-Flüssigkeit von einer Seite auf die andere Seite der Schwanzflosse gepumpt, dann bewegt sich die Flosse seitlich. Durch das Hin und Her der Schwanzflosse kann der Roboterfisch schwimmen. Gegen eine leichte Strömung im Meerwasserbecken kommt er immerhin anderthalb Körperlängen pro Minute voran.

Innenleben des Roboterfischs mit Silikonhülle

Innenleben des Roboterfischs mit Silikonhülle

Foto: James Pikul/ University of Pennsylvania/ DPA

Die Brustflosse kann der Roboterfisch ebenfalls bewegen. Lebende Rotfeuerfische nutzen das, um mit Artgenossen zu kommunizieren.

Ganz so gut wie eine moderne Lithium-Ionen-Batterie funktioniert die Kreislaufbatterie im Robo-Fisch allerdings noch nicht. Ihre Energiedichte sei nur halb so groß, berichten die Forscher. Dafür arbeite sie zuverlässig und könne an die Größe des Gesamtsystems angepasst werden.

Die Leistung der Kreislaufbatterie reicht nach Berechnungen der Wissenschaftler aus, um den Roboterfisch 36 Stunden gegen eine leichte Strömung schwimmen zu lassen. "Unsere Arbeit zeigt, dass energiedichte Hydraulikflüssigkeiten in Robotern eingesetzt werden können, um diese mechanisch zu betätigen und elektrisch anzutreiben", schreiben die Forscher.

joe/dpa