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Lernen im Sandlabor der Wüste Sahara

Von Kerstin Viering

Wissen
Der Berliner Bionik-Experte Ingo Rechenberg mit seinem Spinnenroboter "Tabbot". Foto: Rechenberg

In einem Spinnenroboter verbunden: die Vorteile von Rollen und Beinarbeit. | Welche Bedeutung die glatte Haut der Sandfische für Solaranlagen besitzt. | Berlin. Die Wüste ruft. Anfang Juni ist Ingo Rechenberg von der Technischen Universität (TU) Berlin wieder einmal nach Marokko aufgebrochen, in die Wüste Erg Chebbi am Rand der Sahara. Drei Monate wird er dort in den Dünen campieren, die meiste Zeit allein. Auch nach fast 30 Jahren Forschung überrascht ihn die Sandwelt immer wieder. Rechenberg ist Experte für Bionik, sucht also nach natürlichen Vorbildern für neue technische Entwicklungen.


"Gerade Wüsten sind da wahre Fundgruben", sagt der Forscher. Schließlich mussten die Tiere und Pflanzen in diesen harschen Lebensräumen besonders effiziente Anpassungen entwickeln, um Hitze, Trockenheit und Nahrungsmangel zu trotzen, mit den erstaunlichsten Tricks.

So wird Rechenberg wohl nie vergessen, wie er vor ein paar Jahren in einer Wüstennacht mit dem Handscheinwerfer durch die Dünen wanderte, um die nach Sonnenuntergang zum Leben erwachte Tierwelt zu beobachten. "Plötzlich sah ich, wie mich etwas ziemlich Großes überholte", erinnert sich der Forscher. Er dachte erst an eine Echse, sah dann aber eine helle, etwa handtellergroße Spinne im Sand hocken. Neugierig geworden, fing er das Tier ein. Doch als er nach Sonnenaufgang Filmaufnahmen davon machen wollte, rollte ihm sein achtbeiniger Hauptdarsteller einfach davon. "Ich war außer mir vor Begeisterung", sagt Rechenberg. Denn eine so ungewöhnliche Art der Fortbewegung hatte bis dahin noch niemand beobachtet. Man kannte zwar die Goldene Radspinne Carparachne aureoflava aus der Wüste Namib, die sich manchmal mit angezogenen Beinen einen Hügel hinunterkullern lässt. Doch dieses Tier schlug Rad wie ein Profi-Turner und stieß sich dabei immer wieder mit koordinierten Beinbewegungen ab.

Besser als Mars-Fahrzeuge

Seit dieser ersten Begegnung haben die achtbeinigen Akrobaten der Gattung Cebrennus immer wieder neue Kostproben ihrer ungewöhnlichen Talente geliefert. Sie können vorwärts wie rückwärts über den Sand wirbeln und sogar bergauf: Steigungen von bis zu 20 Grad überwinden sie problemlos. Wenn sie es besonders eilig haben, legen sie den Turbogang ein, bei dem sie zwischen den Überschlägen auch noch Sprünge einschieben.

Ingo Rechenberg und seine Kollegen hatten den Ehrgeiz, die Spinnenkunststücke nachzumachen. Das Ergebnis ist "Tabbot", benannt nach dem Berber-Wort "Tabacha" für "Spinne". Der kleine Roboter hat etwa die Größe eines Frühstückstellers und sieht aus wie ein Mini-Rhönrad mit drei abgerundeten Ecken. Der derzeitige Prototyp besitzt drei voneinander unabhängige, motorgetriebene Beine, die nacheinander ausklappen. Ein Sensor sorgt dafür, dass sich jedes davon so lange abstößt, bis Tabbot ein Stück vorwärts gekommen ist. Erst dann kommt das nächste an die Reihe.

So sportlich und geschickt wie sein natürliches Vorbild ist der Roboter zwar noch nicht. Trotzdem sind seine Konstrukteure schon recht zufrieden mit ihm. "Es gibt zwar schon Roboter, die auf sechs oder acht Beinen laufen", sagt Ingo Rechenberg, die seien freilich langsam und schwer zu steuern. Die meisten Konstruktionen für einen Einsatz im Gelände bewegen sich daher nach wie vor auf konventionellen Rädern.

Doch die kleinen Erkundungsfahrzeuge, die Planetenforscher auf den Mars geschickt haben, blieben mit ihren sechs Rädern regelmäßig im Sand stecken. "Das würde Tabbot nicht passieren", ist Rechenberg überzeugt. Denn der Spinnenroboter verbindet die Vorteile von Rollen und Beinarbeit und kann sich mangels durchdrehender Räder nicht im weichen Untergrund festfahren. Heuer soll Tabbots neuester Prototyp seine Talente im Sand der Sahara unter Beweis stellen.

Auch andere Produkte der Bionik-Forschung will Rechenberg auf seiner Wüstentour einem Härtetest unterziehen. Zum Beispiel Kunststoff-Folien, die der Haut von Sandfischen nachempfunden sind. Wenn diese kleinen Echsen reglos dasitzen, könnte man sie mit ihrer glatten, glänzenden Haut für Porzellanfiguren halten. Doch sobald sie sich bedroht fühlen, verschwinden sie blitzschnell im Sand und bewegen sich dann sehr geschickt unter der Oberfläche. Dabei ist ein glatter Körper entscheidend, da er weniger bremsende Reibungskräfte erzeugt. Tatsächlich zeigen Versuche der Berliner Forscher, dass der Sand von der Reptilienhaut viel besser abrutscht als etwa von einer Stahloberfläche.

Interesse von Firmen

Eine Plastikflasche verliert im schmirgelnden Wüstensand in nur einer Woche jeden Glanz. Ein Sandfisch nicht. Um der Ursache für dieses Phänomen auf die Spur zu kommen, hat Rechenberg ein paar Echsen mit nach Berlin genommen. Praktischerweise streifen die Tiere beim Wachsen immer wieder ihre zu klein gewordene Haut ab. Unter dem Elektronenmikroskop haben die Bioniker auf diesen leeren Hüllen zahllose scharfe Grate entdeckt, die quer zum Körper verlaufen. Diese sind so fein, dass sie die vergleichsweise riesigen Sandkörner nicht bremsen. Sie befreien den Sand aber wie eine Bürste von den mikroskopisch kleinen Partikeln, die für die schleifende Wirkung verantwortlich sind.

Etliche Firmen versuchen nun, die Struktur der Sandfischhaut auf Kunststoff-Folien zu übertragen. Denn die Industrie hat großes Interesse an Oberflächen, die der Schmirgelwirkung des Sandes widerstehen können. Schließlich sollen im Rahmen des Projektes Desertec künftig in großem Stil Solaranlagen in Wüstenregionen entstehen. "Wenn die dabei eingesetzten Parabolspiegel schon beim ersten Sandsturm stumpf werden, kann man das natürlich vergessen", sagt Ingo Rechenberg. Vielleicht kann eine durchsichtige Folie mit Sandfisch-Rippen solche Schäden verhindern. Die derzeit beste Version der Firma Holotools in Freiburg soll in den nächsten Wochen ihre Bewährungsprobe in der Sahara bestehen.