Wenn eine 6 cm lange Kakerlake in einen Cyborg verwandelt wird, was kann sie tun? Erkundung und Rettung

Cyborg, dieser Begriff taucht häufig in Science-Fiction-Werken auf und bedeutet „mechanisierter Organismus“.

Cyborgs unterscheiden sich von gewöhnlichen Robotern. Es ist eine Kombination aus Maschinen und Organismen. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Robotern wird er nicht durch Programme oder andere gesteuert. Sein Denken und Verhalten werden vollständig von seinem eigenen Organismus gesteuert. In Science-Fiction-Werken erscheinen Cyborgs meist in der Form modifizierter Menschen, aber in der Realität ist dies für uns nur schwer zu erreichen, daher haben Wissenschaftler ihre Aufmerksamkeit auf Tiere gerichtet, beispielsweise auf eine etwa 6 cm lange Kakerlake. Kakerlaken in Cyborgs verwandeln? Das mag etwas ironisch klingen, birgt aber großes Potenzial.

Die Madagaskarschabe ist eine große Schabe, die nur auf der afrikanischen Insel Madagaskar verbreitet ist. Seine Körperlänge beträgt zwischen 5 und 7 cm.

Wenn es um Kakerlaken geht, haben die meisten Menschen keinen besonders guten Eindruck von ihnen, insbesondere von großen Kakerlaken. Viele Menschen bekommen Angst, wenn sie an sie denken, doch weltweit erfreuen sich Madagaskarschaben immer noch großer Beliebtheit, da sie zu den am häufigsten als Haustiere gehaltenen Schaben zählen. Diese Kakerlake verfügt über extrem starke Kletterfähigkeiten, hat jedoch keine Flügel und kann daher nicht fliegen. Genau aus diesem Grund sind Wissenschaftler an ihr interessiert.

Wie andere Schaben verfügen auch Madagaskarschaben über ein frei einziehbares Exoskelett, das heißt, sie können sich durch Zusammendrücken ihres Körpers in einem kleinen Raum frei bewegen. Dies lässt sich mit keinem kleinen Roboter ähnlicher Größe erreichen. In Verbindung mit ihrer hervorragenden Kletterfähigkeit und Bewegungsgeschwindigkeit eignen sie sich definitiv gut für Erkundungen sowie Such- und Rettungseinsätze.

Kakerlaken in Cyborgs zu verwandeln ist eine sehr kreative Idee, bringt aber auch einige Probleme mit sich. Die Bewegungen der Kakerlaken sind unkontrollierbar und sie sind nicht ständig in Bewegung und erkunden die Gegend. Deshalb müssen wir Wege finden, ihre Erkundungseffizienz zu verbessern. Daher kam eine Gruppe von Forschern der Universität Osaka in Japan auf die Idee, die Fähigkeit von Kakerlaken, unbekannte Gebiete zu erkunden, durch Elektrodenstimulation und KI-Steuerung zu verbessern.

Wissenschaftler haben bereits herausgefunden, dass Kakerlaken sehr empfindlich auf Elektrodenstimulation reagieren.

Wenn der linke Schwanzhaar einer Kakerlake elektrisch stimuliert wird, dreht sich die Kakerlake nach rechts. Wird der rechte Schwanzschnurrhaar elektrisch stimuliert, dreht sich die Kakerlake nach links. Werden beide Seiten gleichzeitig stimuliert, erhöht sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Kakerlake deutlich. Natürlich beabsichtigen die Forscher nicht, dieses Forschungsergebnis zu nutzen, um Kakerlaken in ferngesteuerte Maschinen zu verwandeln. Sie möchten die Bewegungsfreiheit der Kakerlaken bewahren und ihre Fähigkeit, unbekannte Umgebungen zu erkunden, nutzen, um Erkundungs-, Such- und Rettungsaufgaben in kleinen Räumen durchzuführen.

Um dieses Ziel zu erreichen, implantierten die Wissenschaftler den Kakerlaken drei Platinelektroden, eine auf der Brust und die anderen beiden auf den linken und rechten Gebärmutterhals.

Als nächstes stülpten die Forscher den Kakerlaken einen Rucksack über. Da Madagaskarschaben keine Flügel haben, ist die Anbringung des Rucksacks sehr einfach. Der Rucksack ist mit einer Trägheitsmesseinheit ausgestattet, die die Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit der Kakerlaken messen kann. Anschließend werden die Daten mithilfe eines Algorithmus für maschinelles Lernen analysiert, um festzustellen, ob die Kakerlaken aufgehört haben, sich zu bewegen. Wenn festgestellt wird, dass sich die Kakerlaken nicht mehr bewegen, werden Elektrodenstimulationen aktiviert, um sie wieder in Bewegung zu versetzen.

Warum sich all diese Mühe machen? Wäre es nicht ausreichend, die Elektroden in unregelmäßigen Abständen Stimulationssignale an die Kakerlaken senden zu lassen?

Kakerlaken sind keine Maschinen, sie sind Lebewesen. Eine kontinuierliche Stimulation führt zu übermäßiger Ermüdung. Daher können die Kakerlaken erst dann angemessen stimuliert werden, wenn sichergestellt ist, dass sie vollständig aufgehört haben, sich fortzubewegen, um ihre Erkundungseffizienz zu verbessern. Den Versuchsergebnissen zufolge steigerten die Kakerlaken, die gemäß der KI-Anleitung eine elektrische Stimulation erhielten, ihre Suchrate um 68 %, liefen 70 % mehr und reduzierten ihre Ruhezeit innerhalb eines bestimmten Zeitraums um 78 %. Darüber hinaus litten die Kakerlaken aufgrund der verkürzten Ruhezeit nicht unter übermäßiger Müdigkeit. Für die Zukunft erwägen Wissenschaftler, Kakerlaken mit einer Biobrennstoffzelle auszustatten, die die Trehalose in den Körperflüssigkeiten der Kakerlake zur Stromerzeugung nutzt, um das intelligente System mit Strom zu versorgen. Auf diese Weise können die Cyborg-Kakerlaken langfristige Erkundungs- sowie Such- und Rettungsmissionen durchführen.