In den letzten Jahren haben sich Wissenschaftler des Virginia Tech vom Oktopus inspirieren lassen, um Technologien zu entwickeln, die eine Vielzahl von Objekten in Unterwasserumgebungen besser greifen können. Ihr jüngster Durchbruch ist ein spezieller schaltbarer Klebstoff, der der Form der Saugnäpfe des Tieres nachempfunden ist, heißt es in einem neuen Artikel, der in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht wurde.
„Ich bin fasziniert davon, wie ein Oktopus in einem Moment etwas festhalten und es dann sofort wieder loslassen kann. Dies gelingt unter Wasser, bei Objekten, die rau, gekrümmt und unregelmäßig sind – das ist eine ziemliche Leistung.“ sagte Co-Autor und Forschungsgruppenleiter Michael Bartlett. „Wir sind jetzt näher als je zuvor daran, die unglaubliche Fähigkeit eines Oktopus zu reproduzieren, Objekte präzise zu greifen und zu manipulieren, was neue Möglichkeiten für die Erkundung und Manipulation von Nass- oder Unterwasserumgebungen eröffnet.“
Wie bereits berichtet, gibt es in der Natur mehrere Beispiele für effiziente Möglichkeiten, sich an Objekten in Unterwasserumgebungen festzuhalten, so die Autoren. Muscheln beispielsweise scheiden Klebeproteine aus, um sich an nassen Oberflächen festzusetzen, während Frösche einzigartig strukturierte Zehenballen haben, die Kapillarkräfte und hydrodynamische Kräfte für die Haftung erzeugen. Doch Kopffüßer wie der Oktopus haben einen weiteren Vorteil: Die durch ihre Greifer erzeugte Haftung lässt sich schnell und einfach umkehren, so dass sich die Tiere an wechselnde Bedingungen anpassen und sich an nassen und trockenen Oberflächen festsetzen können.
Aus maschinentechnischer Sicht verfügt der Oktopus über ein aktives, druckbetriebenes Adhäsionssystem. Der breite Außenrand des Saugers sorgt über einen Druckunterschied zwischen der Kammer und dem umgebenden Medium für eine Abdichtung zum Objekt. Dann ziehen sich die Muskeln (die als Aktoren dienen) zusammen und entspannen den schalenförmigen Bereich hinter dem Rand, um je nach Bedarf Druck hinzuzufügen oder abzubauen.
Es gab mehrere Versuche, Kopffüßer nachzuahmen, beispielsweise bei der Entwicklung weicher Robotergreifer. Bereits im Jahr 2022 wollten Bartlett und seine Kollegen noch einen Schritt weiter gehen und nicht nur die schaltbare Adhäsion, sondern auch die integrierte Sensorik und Steuerung nachbilden. Das Ergebnis war Octa-Handschuhein tragbares System zum Greifen von Unterwasserobjekten, das den Arm eines Oktopus nachahmt.
Verbesserung des Octa-Glove
Greifen und Freilassen von Unterwasserobjekten unterschiedlicher Größe und Form mit einem vom Oktopus inspirierten Klebstoff. Bildnachweis: Chanhong Lee und Michael Bartlett
Für die Haftung entwickelten sie Silikonstiele, die mit einer pneumatisch gesteuerten Membran bedeckt waren und die Struktur von Krakensaugnäpfen nachahmten. Diese Klebeelemente wurden dann mit einer Reihe optischer LIDAR-Näherungssensoren und einer Mikrosteuerung zur Echtzeiterkennung von Objekten integriert. Wenn die Sensoren ein Objekt erkennen, aktiviert sich die Adhäsion und ahmt das Nerven- und Muskelsystem des Oktopus nach. Das Team verwendete einen Neoprenanzughandschuh als Basis für den tragbaren Handschuh und integrierte die Klebeelemente und Sensoren in jedem Finger, wobei an der Basis der Klebeelemente flexible Pneumatikschläuche eingeführt wurden.
