Eine Spinne „erwacht zum Leben“ und verwandelt sich in Sekundenschnelle in einen Greifautomaten? Diese Studie ist etwas „seltsam und interessant“

Eine tote Spinne sinkt langsam herab und dann plötzlich „erwacht sie wieder zum Leben“ – sie breitet ihre acht langen Beine aus und klammert sich fest an eine andere tote Spinne.

Kann aufgehoben und abgelegt werden | Referenzen [1]

Kannst du es glauben? Dies ist ein neuer Robotertyp, aber der verwendete Rohstoff ist etwas ganz Besonderes: die Leiche einer Spinne.

Die Methode zur Kontrolle der Spinnenleiche ist nicht schwierig. Sie müssen lediglich eine Nadel in den Körper der Spinne einführen und Luft hineinspritzen, und schon kann die ursprünglich zusammengerollte tote Spinne ihre Beine nach außen strecken. Wenn der Druck im Körper der Spinne nachlässt, schließen sich ihre Beine und sie kann das Zielobjekt greifen.

Stechen Sie die Nadel zuerst in die tote Spinne | Brandon Martin

Diese tote Spinnenversion des Greifautomaten wurde von einem Forschungsteam der Fakultät für Maschinenbau der Rice University in den USA entwickelt. Daniel Preston, Assistenzprofessor für Maschinenbau und Leiter des Teams, sagte, dies sei das erste Mal, dass ein ganzes Tier zur Herstellung eines Roboters verwendet wurde.

Im September dieses Jahres wurde ihre Forschung außerdem mit dem Ig-Nobelpreis für Maschinenbau ausgezeichnet.

Ig-Nobelpreis 2023 – Maschinenbau

Tote Spinne: Warum ich?

„Es ist verständlich, dass sich viele Menschen beim Anblick von Spinnen unwohl fühlen, aber aus technischer Sicht ist die Fortbewegungsmechanik von Spinnen sehr interessant“, sagte Te Faye Yap, Doktorandin im Fach Maschinenbau an der Rice University.

Ihre Forschung an toten Spinnen begann 2019, kurz nach der Gründung des Preston Innovation Lab an der Rice University. Beim Aufräumen im Labor bemerkte Ye Defei eine tote Spinne, die zu einer Kugel zusammengerollt am Rand des Korridors lag. Sie und ihre Kollegen waren sehr neugierig: Warum rollen sich die Beine von Spinnen ein, wenn sie sterben?

Wenn Spinnen sterben, rollen sich ihre Beine ein | Rice Universität

Also suchten alle sofort online nach Informationen und fanden heraus, dass „Spinnen nicht über die antagonistische Muskelkombination aus Bizeps und Trizeps wie Menschen verfügen“, sagte Ye Defei. „Sie verfügen lediglich über Beugemuskeln, die das Einkrümmen der Beine nach innen und hydraulischen Druck zum Ausstrecken der Beine nach außen ermöglichen. Wenn sie sterben, verlieren sie die Fähigkeit, ihren Körper aktiv unter Druck zu setzen. Deshalb rollen sie sich ein. “

„Das ist so interessant! Wir hoffen, einen Weg zu finden, diesen Mechanismus auszunutzen“, sagte Ye Defei.

Wie kann man eine tote Spinne „wiederbeleben“?

——Muntere es auf

Nachdem wir nun verstanden haben, warum sich Spinnen nach ihrem Tod zusammenrollen, stellt sich für alle eine neue Frage: Kann man mit Druckluft die Kontrolle über die Beine toter Spinnen zurückgewinnen?

Und so hoben sie den Spinnenkadaver auf. Zu den verwendeten Versuchsmaterialien zählen neben Spinnenleichen auch Spritzen und Sekundenkleber. Die Forscher führten die Nadel zunächst in den Cephalothorax der Spinne ein und versiegelten dann den Spalt um die Nadel herum mit etwas Sekundenkleber. Durch Anschließen der Spritze können die Forscher die Hydraulikkammer der Spinne durch die Spritze unter Druck setzen.

Führen Sie die Nadel der Spritze in den Cephalothorax der Spinne ein und tropfen Sie ein wenig Klebstoff hinein. Referenz [1]

Pumpen Sie etwas Luftdruck hinein und die Beine der toten Spinne werden sofort aktiviert und öffnen sich nach außen. Sobald der Druck nachlässt, ziehen sich die Beine unter der Einwirkung der Beugemuskeln auf natürliche Weise zusammen und schließen sich.

Steuerung des hydraulischen Drucks im Körper einer Spinne mit einer Spritze | Referenzen [1]

Wirbellose Tiere wie Spinnen besitzen Hämolymphe, die dem Blut der Wirbeltiere ähnelt. Die Hämolymphe wirkt wie ein hydraulisches System. Durch die Injektion von Luft wird die Hämolymphe unter Druck gesetzt, was wiederum zu einem erhöhten Druck auf die Beingelenke der Spinne führt. Die Forscher stellten außerdem fest, dass sich die chemische Zusammensetzung der Hämolymphe der Spinne eine Stunde nach ihrem Tod und sogar sieben Tage danach nicht signifikant veränderte.

Um die Ausdauer von Spinnenbeinen zu beobachten, öffnete und schloss eine tote Spinne während des Experiments ihre Beine fast 1.000 Mal, was zeigte, dass sie ziemlich zäh war. Erst später zeigten sich an den Beingelenken erste Abnutzungserscheinungen. „Wir glauben, dass dies mit der Dehydrierung des Gelenks zusammenhängt, die durch das Auftragen einer Polymerbeschichtung behoben werden kann“, sagte Preston.

Das Experiment ergab, dass Spinnenleichen ohne jegliche Beschichtung nur zwei Tage lang als Klauenmaschinen verwendet werden konnten, während mit Bienenwachs beschichtete Spinnenleichen eine Dehydrierung wirksam verhindern konnten und eine längere „Lebensdauer“ hatten. Die Forscher sagten, sie würden weitere Untersuchungen zu verschiedenen Beschichtungsmaterialien durchführen.

Detail der Beingelenke der Spinne | Referenz [1]

Obwohl eine tote Spinne ihre Beine kontinuierlich öffnen und schließen kann, wird sie nicht wirklich wiederbelebt oder in einen Zombie verwandelt. „Wir sind sicher, dass es unbelebt ist“, sagte Preston.

Fange eine Riesenspinne, die schwerer ist als du selbst

In Experimenten war die tote Spinne in der Lage, verschiedene Objekte zu greifen. Sie konnte beispielsweise Überbrückungskabel auf einer Steckplatine entfernen, um eine LED abzuklemmen, ein Stück rot gefärbten Polyurethanschaum aufheben und sogar eine andere große Spinne hochheben, die das 1,3-fache ihres Gewichts aufwies.

Greifen Sie die Überbrückungskabel auf dem Steckbrett | Referenzen [1]

Die Forscher fragten sich also, ob Spinnen unterschiedlicher Größe unterschiedliche Greifkräfte haben.

Durch die Untersuchung von Spinnen unterschiedlicher Größe fanden sie heraus, dass kleine Spinnen (Springspinnen mit 10 mg) eine Greifkraft aufbringen können, die dem Doppelten ihres Körpergewichts entspricht, während größere Spinnen (wie die Goliath-Vogelspinne, die etwa 200 Gramm wiegt) nur Objekte greifen können, die 10 % ihres Körpergewichts ausmachen – aber das sind immerhin 20 Gramm!

Analyse der Greifkraft von Spinnen unterschiedlicher Größe | Referenzen [1]

Umweltfreundlicher und komfortabler

Die Forscher nannten dieses bahnbrechende Forschungsfeld Necrobotics, wobei Necro Leiche oder Tod und Robotics Roboter oder Robotik bedeutet.

Forschungen auf diesem Gebiet könnten zur Entwicklung biologisch abbaubarer Greifer für sehr kleine Objekte führen. Im Vergleich zu anderen Roboterteilen sind sie umweltfreundlicher und erzeugen keinen Elektroschrott.

Eine Vorrichtung aus einem Spinnenkadaver | Preston Innovation Lab

Der Forschungsschwerpunkt des Preston Laboratory ist die Softrobotik-Technologie. Die Konstruktion und Herstellung herkömmlicher starrer Roboter erfordert normalerweise komplexe und langwierige Prozesse, während weiche Roboter einige dieser komplexen Herstellungsanforderungen eliminieren können. Noch praktischer ist der Dead Spider-Maschinengreifer. „Anstatt diesen pneumatisch betriebenen Greifer von Grund auf neu zu bauen, können wir einfach die Technologie der Natur nutzen“, sagte Preston.

Spinnen sind nicht nur umweltfreundlich, sondern auch zahlreich, was den Forschern das Sammeln von Materialien erleichtert. Leider können die Forscher noch nicht garantieren, dass bei dem Experiment keine Spinnen zu Schaden gekommen sind. Die in der Studie verwendeten Spinnenkadaver wurden durch Euthanasie gewonnen (Einfrieren bei etwa -4 °C für 5–7 Tage). Die vorhandene Forschungsliteratur bietet keine klaren Hinweise zur ethischen und humanen Beschaffung und Euthanasie von Spinnen.

Die Studie wurde letzten Juli in Advanced Science veröffentlicht | Referenzen [1]

Weitere Arbeiten im vergangenen Jahr ermöglichten es den Forschern, den Körper der Spinne präziser zu steuern – indem sie nur ein Bein statt aller acht ansteuerten .

Verweise

[1] Yap, TF, Liu, Z., Rajappan, A., Shimokusu, TJ und Preston, DJ (2022). Nekrobotik: Biotische Materialien als gebrauchsfertige Aktuatoren. Erw. Sci., 9(29), 2201174. doi: 10.1002/advs.202201174

[2] University, R. (2022, 25. Juli). Lab manipuliert die Beine toter Spinnen mit einem Luftstoß, damit sie als Greifer dienen. Youtube. Abgerufen von https://www.youtube.com/watch?v=1JOS6hMHIUM

[3] Reisingenieure bekommen „nekrobotische“ Spinnen in den Griff. (2023, 25. Oktober). Abgerufen von https://news.rice.edu/news/2022/rice-engineers-get-grip-necrobotic-spiders

[4] Preston und vier andere erhalten den Ig-Nobelpreis für ihre Studie über „nekrobotische“ Spinnen. (2023, 25. Oktober). Abgerufen von https://news.rice.edu/news/2023/preston-four-others-win-ig-nobel-prize-necrobotic-spider-study

[5] Regina G. Barber, AO (2023). Warum Wissenschaftler Spinnenkadaver für Forschungszwecke wiederbeleben. NPR. Abgerufen von https://www.npr.org/2023/10/18/1198908301/necrobotics-reanimating-spiders-ig-nobel-prize

[6] Osborne, M. (2022). Wissenschaftler verwenden tote Spinnen als Greifautomaten. Smithsonian-Magazin. Abgerufen von https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-use-dead-spiders-to-grip-objects-180980498

[7] Regina G. Barber, AO (2023). Warum Wissenschaftler Spinnenkadaver für Forschungszwecke wiederbeleben. NPR. Abgerufen von https://www.npr.org/2023/10/18/1198908301/necrobotics-reanimating-spiders-ig-nobel-prize

Planung und Produktion

Quelle: Bringing Science Home (ID: Steamforkids)

Autor: Cloud, Herausgeber des Everything Magazine

Rezensent | Ziv, Herausgeber des Magazins „Everything“

Herausgeber: Yinuo