Bioinspirierte Robotik orientiert sich häufig an natürlichen Vorbildern, nutzt jedoch meist konventionelle Materialien wie Metalle oder Kunststoffe. Forschende des CREATE-Labors der EPFL gehen einen anderen Weg: Sie integrieren direkt biologische Strukturen – konkret Exoskelette von Krustentieren – in robotische Systeme.
Die Schalen von Langusten und Kaisergranaten vereinen hohe mechanische Festigkeit mit ausgeprägter Beweglichkeit. Diese Eigenschaften nutzen die Forschenden, um neuartige biohybride Roboter zu entwickeln.
Balance zwischen Steifigkeit und Flexibilität
Exoskelette bestehen aus mineralisierten Schalen und flexiblen Gelenkmembranen. «Exoskelette kombinieren mineralisierte Schalen mit Gelenkmembranen und bieten ein Gleichgewicht aus Steifigkeit und Flexibilität, das es ihren Segmenten ermöglicht, sich unabhängig voneinander zu bewegen», erklärt Josie Hughes, Leiterin des CREATE-Labors an der EPFL.
Diese Eigenschaften erlauben nicht nur effiziente Bewegungen bei Krustentieren, sondern lassen sich auch technisch nutzen. Die Forschenden sehen darin Potenzial für adaptive, ressourcenschonende Robotersysteme.
Proof-of-Concept mit mehreren Anwendungen
In einer Studie in Advanced Science demonstriert das Team drei biohybride Robotersysteme: einen Manipulator, der Objekte bis zu 500 Gramm bewegen kann, eine Greifzange für unterschiedlichste Objekte sowie einen Schwimmroboter mit schlagenden Exoskelett-Elementen.
Die Systeme kombinieren biologische Exoskelette mit Elastomeren, motorisierten Basen und einer schützenden Silikonschicht, um Steuerbarkeit und Lebensdauer zu erhöhen.
Perspektiven für Medizin und Nachhaltigkeit
Nach der Nutzung lassen sich biologische und synthetische Komponenten trennen, wobei viele Bauteile wiederverwendet werden können. «Soweit wir wissen, sind wir die ersten, die einen Proof-of-Concept für die Integration von Lebensmittelabfällen in ein Robotersystem vorlegen», sagt Sareum Kim, Hauptautorin der Studie.
Langfristig sehen die Forschenden auch Potenzial für Anwendungen im Gesundheitsbereich, etwa für biomedizinische Implantate oder biosystemische Überwachungsplattformen. «Obwohl die Natur nicht unbedingt die optimale Form garantiert, übertrifft sie dennoch viele künstliche Systeme und liefert wertvolle Informationen für die Gestaltung von Funktionsmaschinen, die auf ästhetischen Prinzipien beruhen», resümiert Hughes.
Literatur
S. Kim, K. Gilday, and J. Hughes, "Dead Matter, Living Machines: Repurposing Crustaceans’ Abdomen Exoskeleton for Bio-Hybrid Robots." Adv. Sci. (2025): e17712. doi.org/10.1002/advs.202517712