Selbstreparierender Fischroboter bringt Hoffnung in der Plastikkrise

Chinesische Wissenschaftler haben einen fischförmigen, lichtgesteuerten Fischroboter entwickelt, der Mikroplastik in Gewässern „fressen“ und sich bei Beschädigung selbst reparieren kann.

Mikroplastik, also Plastikteile von weniger als 5 Zentimetern Größe, sind in den Ozeanen weit verbreitet und in großen Mengen vorhanden. Sie werden leicht von Meerestieren gefressen und gelangen so in die Nahrungskette, was eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit und die Ökosysteme darstellt.

Inspiriert von Perlmutt, einem starken, widerstandsfähigen und flexiblen Material, das aus harten Muschelschalen gewonnen wird, haben Wissenschaftler der Sichuan University die auf Graphen basierende Gradienten-Nanostruktur von Perlmutt nachgebildet, um ein strapazierfähiges, flexibles und sich selbst reparierendes Nanokomposit zu schaffen, so eine in der Zeitschrift Nano Letters veröffentlichte Studie.

Das Forscherteam nutzte dann das neue Material, um einen 15 Millimeter langen, fischähnlichen Softroboter zu entwickeln, der schnell schwimmen und Mikroplastik aus den Ozeanen aufnehmen kann. Erstmals werden so die Funktionen eines Softroboters mit einem schnellen Antrieb kombiniert.

„Softroboter müssen über eine hohe Anpassungsfähigkeit und Umweltverträglichkeit verfügen, wenn sie in komplexen Wasserumgebungen arbeiten“, sagte Wang Yuyan, der Erstautor der Forschungsarbeit, und fügte hinzu, dass es sich bei den bestehenden Softrobotern in der Regel um Exemplare aus Hydrogel oder Silikonkautschuk handle. Diese seien mechanisch minderwertig, könnten leicht beschädigt werden und hätten Schwierigkeiten bei der Integration von Funktionen.

Die Studie zeigte, dass das neue Material, das für den fischförmigen Softroboter verwendet wird, im Vergleich zu herkömmlichen, gleichmäßig verteilten Materialstrukturen viele supramolekulare Wechselwirkungen zwischen den Schichten aufweist, so dass der Roboter seine Robustheit und Funktionalität selbst bei Beschädigung wiedererlangen und seine Operationen zum Sammeln von Mikroplastik fortsetzen kann.

Außerdem kann sich der Roboterfisch mit einer Geschwindigkeit von 2,67 Körperlängen pro Sekunde im Wasser fortbewegen. Damit übertrifft er die Geschwindigkeit bisheriger schwimmender Softroboter und ist in seiner Schnelligkeit vergleichbar mit Plankton.

Zurzeit kann dieser Softroboter nur die Funktion des gerichteten Sammelns von Mikroplastik an der Wasseroberfläche integrieren. Alle Funktionen müssen vor einem großflächigen Einsatz noch optimiert und verbessert werden.

Die Forscher arbeiten im Moment an einem neuen Material, das unter Wasser Verunreinigungen durch Mikroplastik aufspüren und in Echtzeit online Daten teilen könnte, heißt es in der Arbeit.

Es wird erwartet, dass das neue Nanostrukturdesign den Weg zur Entwicklung weiterer integrierter Roboter ebnet und in vielen Bereichen wie der Solarenergieerzeugung, der Katalyse chemischer Reaktionen, der Biomedizin und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden kann.