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Gentechnik
Roboter mit Herz

Roboter mit stählernen Armen oder ungelenken Beinen waren gestern. Die neueste Variante: Eine Art künstlicher Rochen, der auf Befehle eines Lichtgriffels hört. Forscher der Universität Harvard haben den Roboter aus Kunststoff und tierischem Gewebe jetzt im Fachmagazin Science vorgestellt.

Von Frank Grotelüschen | 08.07.2016

Ein Roboterrochen
Ein Roboterrochen mit gentechnisch veränderten Herzzellen (K.Hudson, M. Rossach)
Das Video zeigt ein Wasserbecken, in dem ein kleines, etwas lappiges Stück Kunststoff vor sich hintreibt. Von oben nähert sich eine Art Lichtgriffel, pro Sekunde blitzt er einmal kurz auf. Und dann passiert es: Der kleine Plastiklappen regt sich, seine Ränder bewegen sich auf und ab wie die Flossen eines Rochens und lassen ihn durch die Fluten gleiten – langsam und sachte zwar, aber nicht ohne Eleganz.
"Unser Rochen ist nur 16 Millimeter groß, also kleiner als eine Zwei-Euro-Münze, und er wiegt gerade mal zehn Gramm. Wenn wir ihn mit Licht bestrahlen, bewegt er seine Flossen auf und ab und schwimmt von selber los", sagt Sung-Jin Park, Forscher an der Universität Harvard in den USA. Um das kuriose Gebilde zu konstruieren, haben Park und seine Kollegen zunächst im Detail untersucht, wie ein echter Rochen durchs Wasser gleitet. Und dann haben sie ihn nachgebaut.
"Wir haben einen dehnbaren Kunststoff verwendet, etwas Ähnliches wie Silikon, und haben damit den Körper des Rochens nachgebildet. Als Skelett dient dabei ein feines Gerüst aus Gold. Oben auf den Flossen haben wir eine Schicht aus tierischem Gewebe aufgebracht. Dieses Gewebe fungiert als Motor und treibt den Rochen an."
Antrieb aus dem Rattenherz
Dieser Antrieb ist das eigentlich Besondere: Er besteht aus 200.000 Muskelzellen aus einem Rattenherz. Wenn sie sich zusammenziehen, drücken sie die Flossen nach unten. Für die anschließende Aufwärtsbewegung sorgt dann das eingebaute Goldskelett: Es besitzt eine Art Formgedächtnis, drängt also wieder zurück in seine ursprüngliche Gestalt. Nur: Wie bringt man die Herzzellen dazu, sich auf Befehl zusammenzuziehen und den Rochen ein Stückchen voranzutreiben?
"Dazu haben wir die Herzzellen genetisch verändert. Und zwar haben wir ein Protein in sie eingebaut, das ursprünglich aus einer Alge stammt. Dieses Protein macht die Herzzellen lichtempfindlich: Wird es mit Licht bestrahlt, lässt es Natriumionen passieren. Und das Natrium bringt die Herzzellen zur Kontraktion."
Gesteuert wird der Roboter-Rochen also per Licht – deshalb der blinkende Lichtgriffel. Und was dient als Treibstoff?
Zucker als Treibstoff
Die Zellen brauchen Zucker. Deshalb haben wir etwas Glukose in die Flüssigkeit getan, in der der künstliche Rochen schwimmt. Die Geschwindigkeit des Rochens regeln wir dann mit der Blinkfrequenz des Lichtgriffels: Bei einem Puls pro Sekunde schwimmt der Rochen langsam, bei drei Pulsen pro Sekunde schnell.
Wobei schnell relativ ist. Schlappe drei Millimeter pro Sekunde schafft der Winzling, pro Stunde sind das zehn Meter. Dafür aber klappt das Steuern schon ganz gut, sagt Sung-Jin Park: Gibt man auf die linke Flosse mehr Lichtpulse als auf die rechte, lenkt der Minirochen gehorsam nach links.
"Wir haben einen einfachen Hindernisparcours mit drei winzigen Slalomkegeln entworfen. Und tatsächlich ist es uns gelungen, den Rochen um diese Hindernisse zu manövrieren."
Bionischer Roboter oder künstliches Tier?
Nur: Ist der Winzling nun ein bionischer Roboter oder doch eher ein künstliches Tier? Eine Frage, die sich nicht so recht beantworten lässt, hier verschwimmen die Grenzen zwischen Mechanik und Biologie, zwischen Gendesign und Robotik-Tüfteleien. Sung-Jin Park jedenfalls will es nicht beim biologischen Lichtantrieb belassen. Er hegt einen ehrgeizigen Plan.
"Wir haben vor, weitere Proteine in unsere Systeme zu integrieren. Damit könnte man künstliche Tiere kreieren, die nicht nur lichtempfindlich sind, sondern auch Berührungen spüren oder auf chemische Reize reagieren."
Die Vision: eine neue Generation hybrider Roboter, die nicht mehr aus hartem Blech bestehen, sondern aus weichem, dehnbaren Plastik. Und die Genexperimente aus Harvard sollen dafür sorgen, dass diese soften Roboter mit Muskeln und feinfühligen Sinnesorganen ausstaffiert werden.