Cyborg-Kakerlaken mit 3D-gedrucktem Taucheranzug für den Rettungseinsatz

Kakerlaken sind wohl die letzten Lebewesen, denen man begegnen möchte. Forschende der Nanyang Technological University und der Waseda University haben sie dennoch zu unerwarteten Rettungshelfern gemacht: Sie statten lebende Insekten mit 3D-gedruckten Unterwasseranzügen aus, mit denen sie sich in überfluteten Umgebungen fortbewegen können.

Was sich wie das Drehbuch eines Science-Fiction-Films anhört, ist die Ausgangslage einer in Nature Communications veröffentlichten Studie: ferngesteuerte Cyborg-Insekten, die zwischen Land und Wasser wechseln und stundenlang aktiv bleiben können und das in engen, extremen Umgebungen, in denen Menschen und herkömmliche Roboter an ihre Grenzen stoßen.

Statt einen Roboter zu bauen, der eine Kakerlake nachahmt, verkabelten die Forschenden das lebende Insekt kurzerhand selbst. Die Verbindung eines Tieres mit einem elektronischen Controller bezeichnet man als Cyborg-Insekt: einen Hybrid, der auf den von der Natur bereits geschaffenen Körper zurückgreift, statt ihn nachzubauen. Mithilfe von Madagaskar-Fauchschaben kombinierte das Team die natürlichen Fähigkeiten der Insekten mit einem bereits vorhandenen Steuerungsrucksack und einem neu entwickelten, 3D-gedruckten Atemsystem, wodurch die Insekten so amphibientauglich wurden.

Warum ausgerechnet eine Kakerlake?

Die Wahl ist kein Zufall. Kakerlaken zwängen sich durch wenige Millimeter breite Spalten, klettern ohne zu stolpern über unebene Trümmer, drehen sich nach einem Sturz fast augenblicklich wieder auf die Beine und halten stundenlang mit minimalem Energieaufwand durch. Ingenieure arbeiten seit Jahren daran, kleinen Robotern auch nur eine dieser Fähigkeiten zuverlässig beizubringen.

An Land funktioniert diese Robustheit einwandfrei. Unter Wasser bricht sie schnell zusammen. Kakerlaken atmen über kleine Öffnungen an ihren Körperseiten, sogenannte Spirakeln. Sind diese erst einmal untergetaucht, bekommt das Insekt keine Luft mehr. Genau dieses Problem wollten die Forschenden lösen.

Ein 3D-gedruckter Taucheranzug

Die Lösung? Eine Art Taucherausrüstung: eine flexible, 3D-gedruckte Hülle, die den Hinterleib umschließt, getrennt vom Steuerungsrucksack, der die Bewegung übernimmt. Mit Anzug blieben die Insekten bis zu drei Stunden unter Wasser aktiv. Ohne ihn waren es nur rund zwei Minuten.

Den Anzug einem lebenden Insekt anzupassen, war schwieriger, als es klingt. Er musste leicht sein, wasserdicht und so präzise geformt, dass er die natürliche Bewegung der Kakerlake nicht behindert. Diese drei Anforderungen lassen sich mit kaum einem anderen Verfahren als dem 3D-Druck gleichzeitig erfüllen.

Bildnachweis: Nature Communications

Jedes Bauteil wurde passgenau auf den Körper des jeweiligen Insekts gedruckt. Herzstück ist ein 3D-gedruckter Sauerstofftank aus einem transparenten Harz vom PMMA-Typ, das chemisch dem Acrylglas nahesteht. Darin reagiert ein mit Mangandioxid beschichteter Schwamm mit etwas Wasserstoffperoxid und erzeugt so Sauerstoff, der über feine Silikonschläuche direkt zu den Atemöffnungen des Insekts geleitet wird. Die Hülle um den Tank besteht aus einem flexiblen Harz und bewegt sich mit der Kakerlake mit, statt ihre Bewegungen zu behindern. Selbst die Verbindungsstücke zwischen Hülle und Spirakeln wurden individuell gedruckt: Die beiden Paare von Atemöffnungen sind unterschiedlich geformt und benötigten jeweils eine eigene Abdichtung.

Werden Cyborg-Kakerlaken zu Rettungshelfern?

Das ist keine reine Zukunftsmusik. Satos Cyborg-Insekten kamen bereits in echten Such- und Rettungseinsätzen zum Einsatz, unter anderem im Rahmen der Operation Lionheart nach dem Erdbeben der Stärke 7,7, das Myanmar im März 2025 erschütterte. Derzeit entwickelt das Team die Technologie zur Inspektion von Infrastruktur weiter.

„Unser neuer Insekten-Taucheranzug funktioniert wie die Sauerstoffflasche menschlicher Taucher. Er erzeugt Sauerstoff und leitet ihn direkt an die Atemöffnungen des Insekts weiter, sodass die Cyborg-Schabe in Unterwasser- oder sauerstoffarmen Umgebungen überleben und sich fortbewegen kann.“, erklärte Hirotaka Sato, Professor an der School of Mechanical and Aerospace Engineering, NTU Singapur.

Das Team hält es zudem für möglich, den Ansatz über Kakerlaken hinaus zu übertragen. Heuschrecken und Käfer verfügen über ein ähnliches, auf Spirakeln basierendes Atmungssystem. Eine angepasste Version des Anzugs könnte also theoretisch auch ihnen passen.

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*Bild: NTU Singapore