Der bootsförmige Roboter nutzt das gleiche Phänomen, das auch einige Wasserinsekten nutzen, um sich auf der Wasseroberfläche fortzubewegen: den Marangoni-Effekt. Eine chemische Reaktion in einer winzigen, herausnehmbaren Kammer erzeugt Kohlendioxid, das wiederum in einen Brennstoffkanal eindringt und den Brennstoff ausstösst. Die plötzliche Verringerung der Oberflächenspannung des Wassers durch den ausgestossenen Brennstoff treibt den Roboter dann nach vorne.
Dieses ausgeklügelte Design ist nicht nur effektiv, sodass sich die Roboter mehrere Minuten lang frei auf der Wasseroberfläche bewegen können, sondern auch vollständig biologisch abbaubar und innofensiv. Tatsächlich werden die Bestandteile der chemischen Reaktion, Zitronensäure und Backpulver, häufig für ein berühmtes Schulexperiment verwendet, bei dem ein Vulkanausbruch simuliert wird. Und der "Brennstoff" ist Propylenglykol, eine Flüssigkeit, die häufig in Hautpflegeprodukten zu finden ist.
"Obwohl die Entwicklung von Miniatur-Schwimmrobotern für natürliche Umgebungen schnell vorangeschritten ist, werden diese in der Regel aus Kunststoffen hergestellt und enthalten Batterien und andere elektronische Komponenten. Dies stellt ein Problem für den grossflächigen Einsatz in empfindlichen Ökosystemen dar", erklärt Shuhang Zhang, Doktorand an der EPFL. In dieser Arbeit zeigen wir, wie diese Materialien durch vollständig biologisch abbaubare und essbare Komponenten ersetzt werden können."
Shuhang Zhang und ein Team des Labors für Intelligente Systeme , unter der Leitung von Dario Floreano von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Technik, haben ihre Forschung kürzlich in Nature Communications veröffentlicht
Bioinspirierte Fortbewegung
Der Roboter wurde so konzipiert, dass er für die Wassertiere nicht nur unschädlich, sondern auch nützlich ist. Um der äusseren Struktur, die etwa 5 cm lang ist, Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen, verwendeten die Forscherinnen und Forscher Fischfutter mit einem 30 % höheren Proteingehalt und einem 8 % geringeren Fettgehalt als handelsübliche Pellets. Am Ende seiner Lebensdauer kann das Gerät daher als Nahrung für Wassertiere dienen.Der Ersatz von Elektronikschrott durch biologisch abbaubare Materialien wird derzeit intensiv erforscht, doch essbare Materialien mit gezielten Nährwertprofilen und Funktionen wurden bisher kaum in Betracht gezogen und eröffnen eine Welt voller Möglichkeiten für die Gesundheit von Mensch und Tier,
Dario Floreano
Das Team der EPFL plant, die Roboter in grosser Zahl einzusetzen. Jedes Gerät wäre mit biologisch abbaubaren Sensoren ausgestattet, um Umweltdaten wie den pH-Wert des Wassers, die Temperatur, Schadstoffe und das Vorhandensein von Mikroorganismen zu sammeln, die nach dem Sammeln oder durch Fernerkundung ausgelesen werden könnten.
Anstatt die Richtungsbewegung der Roboter genau zu kontrollieren, fertigte das Team "links abbiegende" und "rechts abbiegende" Varianten an, indem es das asymmetrische Design des Brennstoffkanals modifizierte. Dieses Mass an Kontrolle ist alles, was nötig ist, um die Roboter über die Wasseroberfläche zu verteilen, und ihre pseudozufälligen Bewegungen ahmen die von Insekten nach, was sie zu perfekten Behältern macht, um Fische mit Nährstoffen oder Medikamenten zu versorgen. Die Forscherinnen und Forscher stellen sogar die Hypothese auf, dass die Roboter die kognitive Entwicklung von Fischen in Gefangenschaft fördern könnten, aber es sind weitere Forschungen nötig, um diese Frage zu untersuchen, da für die Studie der EPFL keine Tierversuche durchgeführt wurden
Eine robotische Nahrungsgrenze
Diese Arbeit ist die neueste Innovation im schnell wachsenden Bereich der essbaren Robotik und der robotergestützten Ernährung. Das Labor für Intelligente Systeme hat bereits mehrere Artikel über essbare Geräte veröffentlicht, darunter essbare flexible Aktoren wie Manipulatoren für Lebensmittel und Tiernahrung , essbare Steuerschaltungen und essbare leitfähige Tinte für die Überwachung des Wachstums von Kulturen. Dario Floreano hat mit Kollegen aus dem RoboFood-Konsortium , einem von ihm koordinierten Projekt, das 2021 mit einer EU-Finanzierung von 3,5 Millionen Euro gestartet wurde, um das Potenzial dieser Geräte zu erforschen, ebenfalls einen Ausblick auf Roboterfutter veröffentlicht."Der Ersatz von Elektronikschrott durch biologisch abbaubare Materialien wird intensiv erforscht, aber essbare Materialien mit gezielten Nährwertprofilen und Funktionen wurden bisher kaum in Betracht gezogen und eröffnen eine Welt voller Möglichkeiten für die Gesundheit von Mensch und Tier", sagt Dario Floreano
