. .

Ein Projekt von: BR | NDR | SWR | WDR

Stabheuschrecken als Vorbild für Roboter

28.06.2016, von , in Karte anzeigen

Biologe Chris Dallmann mit einer Stabheuschrecke im Forschungslabor (Foto: WDR)

Biologe Chris Dallmann mit einer Stabheuschrecke im Forschungslabor

Trittsicher und elegant bewegt sich die Stabheuschrecke. So galant wie sie sollen sich auch Roboter bewegen können. Dafür muss die Fortbewegung der Stabheuschrecke aber erst einmal akribisch analysiert werden. Das passiert in Bielefeld. Mit überraschenden Erkenntnissen.

Wie ein vertrockneter Ast hängt die indische Stabheuschrecke Carausius morosus in den Zuchtkäfigen der Universität Bielefeld. Zwischen schlapp herabhängenden Chinakohlblättern und Brombeerranken ist sie kaum als Tier zu erkennen. 5000 solcher Stabheuschrecken warten hier auf ihren Einsatz.

Im Geäst kaum zu erkennen - indische Stabheuschrecken (Foto: WDR)

Im Geäst kaum zu erkennen – indische Stabheuschrecken

Für drei Exemplare ist es jetzt soweit. Professor Josef Schmitz von der Arbeitsgruppe Biologische Kybernetik der Universität Bielefeld greift in den Käfig und pflückt die Insekten sozusagen von den Brombeerranken. „Sie müssen gleich über einen Steg laufen, so dass wir die Bewegung der einzelnen Gelenke und der Beine messen können“, erklärt der Biologe und bringt die Stabheuschrecken ins Labor.

 

Ein Laufsteg und viele Kameras

Das Labor sieht aus wie ein Filmstudio. Acht Kameras sind auf einen winzig kleinen Laufsteg gerichtet über den die Stabheuschrecken letztendlich laufen sollen. Aber erst einmal werden sie präpariert. Der Doktorand Chris Dallmann nimmt eine Stabheuschrecke und fixiert sie. Dafür werden um die sehr zarten Beinchen Stecknadeln in eine Platte gesteckt, so dass die Stabheuschrecke sich nicht mehr bewegen kann. Dann tupft er an bestimmte Stellen des Körpers durchsichtigen Nagellack. Der Nagellack dient sozusagen als Kleber, um winzige Kügelchen auf dem Körper zu befestigen. Diese Globuli-großen Kugeln wirken wie Katzenaugen. Sie reflektieren das Licht und sind somit Kameras erkennbar, um den Bewegungsablauf zu dokumentieren.

Video: Stabheuschrecke auf dem Laufsteg
[media id=43 width=600 height=357]

So eine aufwendige Apparatur zur Erforschung von Bewegungsabläufen von Insekten gibt es in Europa kein zweites Mal. Mithilfe der vielen Kameras sollen drei verschiedene Bereiche untersucht werden. Erstens: Wie groß sind die Kräfte, die die Stabheuschrecke aufbringt, um die Beine zu bewegen. Zweitens: Wie genau funktioniert die Fortbewegung Und drittens: Welche Muskeln sind für die Bewegungen zuständig.

Stabheuschrecken mit Rucksack

Um alle diese Informationen zu erhalten wird der Stabheuschrecke jetzt noch eine Art Rucksack aufgesetzt. Ein Ring mit haardünnen Drähten, deren Enden an den Muskeln der Stabheuschrecke fixiert werden.

Fixierte Stabheuschrecke (Foto: WDR)

Fixierte Stabheuschrecke

Dann zupft der Wissenschaftler die Stecknadeln aus der Platte, so dass die Stabheuschrecke nun wieder ihre zarten Beine bewegen kann und auch soll. Die indische Stabheuschrecke ist deshalb für die Forschung so gut geeignet, weil sie sechs im Wesentlichen identische Beine hat: Alle sechs haben drei Gelenke: Ein Hüftgelenk verbindet das Bein mit dem Körper. Ein zweites Hüftgelenk, welches Ober- und Unterschenkel miteinander verbindet und ein Kniegelenk.

 

Defilieren für die Wissenschaft

Jetzt endlich darf die Stabheuschrecke nun über den Mini-Laufsteg laufen. Die Kameras werden eingeschaltet, der Raum abgedunkelt. „Das Insekt ist nachtaktiv. Bei Dunkelheit ist sie viel agiler als bei Licht.“ erklärt Dallmann. Der Wissenschaftler setzt die Stabheuschrecke nun auf den Laufsteg. Das ist ein Brett, etwa 50 Zentimeter lang und so breit wie ein Lineal. Darin eingearbeitet sind so genannte Trittsteine. Sobald sie von den Füßen berührt werden, messen sie die Kraft, die die Stabheuschrecke beim Laufen ausübt.

Stabheuschrecke tritt auf Trittstein (Foto: Chris Dallmann, Uni Bielefeld)

Stabheuschrecke tritt auf Trittstein (Foto: Chris Dallmann, Uni Bielefeld)

Eine komplexe Apparatur, die es so auch kein zweites Mal in Europa gibt. Möglicherweise ist sie sogar weltweit einzigartig, berichten die Bielefelder Wissenschaftler nicht ohne Stolz. Und sie hat mithilfe der Stabheuschrecken auch schon zu bemerkenswerten Erkenntnissen geführt. „Ein Gelenk macht die Hauptkraft im Bein und zwei andere Gelenke leiten die Kraft so um, dass sich das Tier über dem Boden halten kann und dienen als Antrieb, so dass es sich andererseits nach vorne bewegen kann.“ erläutert Chris Dallmann. Das hört sich einleuchtend an, ist aber völlig anders, als über Jahrzehnte hinweg angenommen. Bislang gingen Wissenschaftler weltweit davon aus, dass ein Gelenk für den Antrieb zuständig ist und die anderen Gelenke nur als Höhenkontrolle dienen, also den Körper tragen.

Riesen-Heuschrecke als Roboter

Diese Erkenntnisse dienen nicht nur dem Selbstzweck, sondern werden an der Universtiät Bielefeld auch praktisch genutzt. „Wir arbeiten mit Ingenieuren vom Excellence Cluster des Fachbereichs Robotik zusammen. Wir arbeiten dort an einer  großen Version einer Stabheuschrecke, einem Roboter, der auch sechs Beine hat und wie die Stabheuschrecke 18 Gelenke.“ Man versuche den Roboter so anzusteuern, dass er sich auch so elegant bewegen kann, wie die Stabheuschrecke. Denn die Bewegungsabläufe von Robotern sind bislang noch längst nicht so  geschmeidig, wie die von Lebewesen. Vor allem dann nicht, wenn es darum geht, über verschiedene Untergründe, Hindernisse und in Kurven in verschiedene Richtungen zu gehen. Die Heuschrecke tut dies sehr galant. Und Roboter künftig möglicherweise auch. Dank der Biologen der Uni Bielefeld und der indischen Stabheuschrecke Carausius morosus.

Share

Schreibe einen Kommentar

*

Kartendarstellung

Karte
 

Der SWR ist Mitglied der ARD.

Impressum | SWR ©2019