Bioinspiration: Von Libellen und Bienen lernen

Das Funktionsprinzip der Fangmaske der Libellenlarven und der optische Fluss der Bienen beschäftigt deutsche und niederländische Forschende.

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Links Bienen an ihrem Stock, rechts Libellenlarve, die sich Beute schnappt.

(Bild: TU Delft / CAU)

Von
  • Andreas Wilkens

Bioinspiration, also nachzumachen, was die Natur vormacht, ist Menschen nicht neu. Von der Tarnung über den Lotoseffekt bis hin zu Laufrobotern reicht das weite Feld, das viele Forscher beackern. Forschende aus Deutschland und den Niederlanden lassen nun in ihre Arbeiten blicken, in denen es darum geht, von Bienen und Libellen zu lernen.

An der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es Wissenschaftler:innen erstmals gelungen, das biomechanische Funktionsprinzip der Fangmaske der Libellenlarve vollständig zu entschlüsseln, heißt es in einer Mitteilung der CAU. Dazu beigetragen habe die Entwicklung eines bioinspirierten Roboters, für den das Team um Dr. Sebastian Büsse vom Zoologischen Institut die Funktionsweise des komplexen Mundwerkzeugs adaptiert hat.

Bislang seien Forschende davon ausgegangen, dass es sich bei der Fangmaske um einen hauptsächlich hydraulischen Vortrieb handeln müsse. Der Vortrieb funktioniere aber vielmehr über ein steuerbares Katapultsystem: "eine innere, elastische Struktur im Libellenkopf, die wie eine Sprungfeder von einem Muskel gespannt wird. Hierbei wird die Energie des Muskels gespeichert. Die beiden Segmente der Fangmaske sind miteinander verbunden und werden durch einen gemeinsamen Mechanismus arretiert und ausgelöst".

Libellenlarve greift Beute.

Solche Systeme seien im Tierreich nicht selten, sie fänden sich beispielsweise bei Heuschrecken, Zikaden oder Fangschreckenkrebsen. An der Libellenlarve sei jedoch besonders, dass hier erstmals ein synchronisiertes, duales Katapultsystem beschrieben sei. "Wir haben unsere Hypothese des komplexen Ablaufes mittels 3D-Animationen der Vorgänge visualisiert, um sie verständlicher zu kommunizieren", so Köhnsen weiter. Dabei wurde auch deutlich, dass die unabhängige Steuerung von zwei Katapulten innerhalb eines Systems eine bessere Kontrolle bedeute. Anwendung könnte die Technologie in der Entwicklung besonders agiler Roboter finden", erläutert Projektleiter Dr. Sebastian Büsse.

So haben die Kieler Forschenden in zwei Richtungen gearbeitet: Durch technisches Nachempfinden eines natürlichen Funktionsprinzips darüber etwas über die Natur zu lernen und daraus wiederum etwas Anwendbares zu entwickeln.

Während sich die Kieler:innen mit der Libellenlarven-Fangmaske beschäftigen, sind Forschende der Technischen Universität Delft und der Westfälischen Hochschule vom Flug der Bienen fasziniert. "Wenn Sie schon jemals eine Honigbiene beobachtet haben, wie sie elegant von einer Blume zur nächsten fliegt und ihnen dabei gekonnt ausweicht, wenn Sie ihren Weg kreuzen, haben Sie sich vielleicht gefragt, wie so ein kleines Insekt derart perfekte Flugfähigkeiten haben kann", erklärt Guido de Croon, Projektleiter von der TU Delft.

Er geht wie seine Mitforschenden von der Annahme aus, dass die Navigationsfähigkeit der Bienen auch mit den Informationen aus ihrem "optischen Fluss" zusammenhängen, mit dem die Bienen die Entfernung zu anderen Objekten in ihrem Sichtfeld und deren Geschwindigkeit schnell und genau abschätzen. Diesen wollen sie mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz für den Drohnenflug anwenden, dabei haben sie nach eigenen Angaben erste erfolgreiche Tests unternommen. Dabei sei nicht nur die Objekterkennung verbessert worden, sondern auch die Geschwindigkeit der Roboter.

Veranschaulichung des optischen Flusses.

"Kleine Flugroboter sind in Bezug auf die Sensoren und Prozessoren, die sie tragen können, sehr stark limitiert", erläutert Croon eine Richtung, in seine Forschenden gehen. "Wenn sie genauso autonom funktionieren sollen wie ein selbstfahrendes Auto, müssen sie auf eine völlig andere Art von KI zurückgreifen – ähnlich den hochentwickelten Fähigkeiten von Insekten."

(anw)