In der Sahara holen sich Wissenschaftler wie Ingo Rechenberg von der TU Berlin ihre Anregungen für neue Roboter und ausgefeilte Schutzfolien.
Berlin - Das Auto mit den Solarzellen auf dem Dach steht schon bereit. Demnächst wird Ingo Rechenberg von der Technischen Universität (TU) Berlin mit seinem umgebauten VW-Bus wieder einmal Richtung Marokko aufbrechen. Sein Ziel ist die Wüste Erg Chebbi am Rand der Sahara. Drei Monate wird er dort mit seinem Expeditionsfahrzeug in den Dünen campieren, die meiste Zeit allein. Doch er hat keine Angst, dass ihm dort langweilig werden könnte. Denn auch nach fast 30 Jahren Forschung überrascht ihn die Sandwelt immer wieder. Ingo 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. Da sind sie auf die erstaunlichsten Tricks verfallen.
So wird Ingo Rechenberg wohl nie die absonderliche Begegnung vergessen, die er vor ein paar Jahren in einer Wüstennacht hatte. Mit dem Handscheinwerfer wanderte er durch die Dünen, 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 ein paar Meter entfernt 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 Profiturner und stieß sich dabei immer wieder mit koordinierten Beinbewegungen ab.
Radlerspinnen können sogar bergauf wirbeln
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 die Radlerspinnen den Turbogang ein, bei dem sie zwischen den Überschlägen auch noch Sprünge einschieben. Ihre Sportlichkeit bringt den Tieren einen enormen Vorteil. Denn beim Rollen verbrauchen sie nur halb so viel Energie wie beim Laufen.
"Allein so eine Entdeckung zu machen war natürlich schon eine tollte Sache", sagt Ingo Rechenberg. Doch er und seine Kollegen hatten den Ehrgeiz, die Spinnenkunststücke nachzumachen. Ergebnis ist "Tabbot", benannt nach dem Berberwort Tabacha für Spinne. Der kleine Roboter hat etwa die Größe eines Frühstückstellers und sieht aus wie ein Minirhönrad mit drei abgerundeten Ecken. Der derzeitige Prototyp besitzt drei voneinander unabhängige, motorgetriebene Beine, die nacheinander ausklappen. Ein Sensor gewährleistet, dass sich jedes davon so lange abstößt, bis Tabbot ein Stück vorwärtsgekommen ist. Dann kommt das nächste an die Reihe.
Die Konstrukteure sind schon recht zufrieden
So sportlich und geschickt wie sein natürliches Vorbild ist der Roboter zwar noch nicht. Und auch mit dem Rückwärtsrollen ist er noch überfordert. Trotzdem sind seine Konstrukteure schon recht zufrieden mit ihm. Denn die ungewöhnliche Form der Fortbewegung hat durchaus ihre Vorteile. "Es gibt zwar schon Roboter, die auf sechs oder acht Beinen laufen", sagt Ingo Rechenberg, die sind allerdings nicht nur sehr langsam, sondern auch schwer zu steuern. Die meisten Konstruktionen, die für einen Einsatz im Gelände gedacht sind, bewegen sich daher nach wie vor auf konventionellen Rädern.
Doch auch das hat seine Tücken. So blieben die kleinen Erkundungsfahrzeuge, die Planetenforscher auf den Mars geschickt haben, mit ihren sechs Rädern regelmäßig im Sand stecken. "Das würde Tabbot nicht passieren", ist Ingo Rechenberg überzeugt. Denn der Spinnenroboter verbindet die Vorteile von Rollen und Beinarbeit und kann sich mangels durchdrehender Räder nicht im weichen Untergrund festfahren. Doch bevor Tabbot eines Tages vielleicht in ferne Welten aufbricht, soll sein neuster Prototyp seine Talente nun erst einmal im Sand der Sahara unter Beweis stellen.
Ein glatter Körper ist entscheidend
Auch andere Produkte der Bionikforschung will Ingo Rechenberg während seiner Wüstentour einem Härtetest unterziehen. Zum Beispiel Kunststofffolien, 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 komplett im Sand und bewegen sich dann sehr geschickt unter der Oberfläche. Sie schwimmen sozusagen durch die Körner. Dabei ist ein glatter Körper entscheidend, weil 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.
Fragt sich nur, wie die Tiere überhaupt so glatt bleiben können. Eine Plastikflasche verliert im schmirgelnden Wüstensand in nur einer Woche jeden Glanz. Ein Sandfisch nicht. Um der Ursache für dieses rätselhafte Phänomen auf die Spur zu kommen, hat Ingo Rechenberg ein paar der kleinen Echsen mit nach Berlin genommen. Praktischerweise streifen die Tiere beim Wachsen immer mal 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 jedes Korn überzuckern und die für die schleifende Wirkung verantwortlich sind.
Rechenberg hofft auch auf neue Entdeckungen
Etliche Firmen versuchen nun, die Struktur der Sandfischhaut auf Kunststofffolien 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 Sandfischrippen solche Schäden verhindern. Doch die Herstellung der künstlichen Reptilienhaut hat noch ihre Tücken, oft werden die Grate einfach nicht scharf genug. Die derzeit beste Version der Firma Holotools in Freiburg soll ihre Bewährungsprobe in der Sahara bestehen.
Doch Ingo Rechenberg will während seiner Wüstenzeit nicht nur die Früchte seiner Arbeit testen, er hofft auch auf neue Entdeckungen. Schon lange faszinieren ihn etwa die metallisch schimmernden Silberameisen, die selbst in der glühenden Mittagshitze noch unbeeindruckt durch den 70 Grad Celsius heißen Sand eilen. Die Wüste steckt noch voller Rätsel. Zumindest ein paar davon will er noch lösen.
Die Sahara
Lage: Die Sahara liegt im Norden Afrikas und erstreckt sich von der Atlantikküste bis zum Roten Meer. Mit etwa neun Millionen Quadratkilometern hat sie etwa die Fläche der USA und ist damit die größte Trockenwüste der Erde.
Landschaft: Nur etwa 20 Prozent der Sahara nehmen die bekannten Dünenlandschaften ein, der größte Teil besteht aus Stein- oder Geröllwüsten. Die Vegetation ist überall spärlich. Mit dem Nil gibt es nur einen Fluss, der dauerhaft Wasser führt.
Klima: Typisch für das Saharaklima sind Hitze und extreme Trockenheit. Tagsüber können die Lufttemperaturen 60 Grad erreichen, nachts kühlt es stark ab. In manchen Winternächten fällt das Thermometer auf minus 10 Grad.