Oben: Blumenfledermaus beim Anflug an eine Mucuna-Blüte, deren Blatt die Ultraschallrufe reflektiert. Unten: Roboter, der durch die Echos von bioinspirierten Sonarreflektoren geleitet wird.
Ralph Simon/FAU
Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) wollen die Echo-Ortung, wie sie Fledermäuse nutzen, für technische Sonarsysteme adaptieren. Entwicklungsziel sind Roboter und fahrerlose Autos, die sich mithilfe von Ultraschall in ihrer Umgebung orientieren und fortbewegen.
Wissenschaftler lassen sich oft von der Natur inspirieren: so imitieren Schwimmflossen die Schwimmhäute von Fröschen, die Idee des Raketenantrieb stammt vom Rückstoßprinzip von Quallen und Tintenfischen. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) wollen nun eine Gabe der Fledermäuse, nämlich die Echo-Ortung, für technische Sonarsysteme adaptieren. Sie zielen auf Roboter und fahrerlose Autos, die sich mithilfe von Ultraschall in ihrer Umgebung orientieren und fortbewegen. Das Forschungsprojekt wird von der Volkswagen-Stiftung im Rahmen ihrer Förderinitiative "Experiment!" gefördert.
Sonarsysteme werden heutzutage standardmäßig in Autos und Robotern eingesetzt, hauptsächlich um Abstände zu messen. Dabei bietet die Orientierung via Ultraschall in den Augen der FAU-Forscher viel mehr Potenzial: Den Wissenschaftlern schwebt vor, die Sonarsysteme vermehrt zur Steuerung zu nutzen - durch bioinspirierte Ultraschallreflektoren. "Der Einsatz von Sonarsignalen zur Lenkung von autonomen Systemen mit Ultraschall ist bisher schlecht untersucht", erklärt Dr. Ralph Simon vom Lehrstuhl für Sensorik an der FAU. "Es ist daher schwer vorherzusagen, ob es gelingt, Roboter oder Fahrzeuge mit bioinspirierten Ultraschall-Reflektoren zu navigieren. Sollte es aber funktionieren, würde es die fahrerlose Fahrzeugnavigation revolutionieren", betont Simon.
Blätter als Vorbild
Die Idee für das Forschungsprojekt kam dem Biologen durch eine Entdeckung, die er bei der kubanischen Liane Marcgravia evenia machte, berichtet die Hochschule. Die Blüten dieser Liane werden von Blumenfledermäusen bestäubt, die sich mit Echo-Ortung orientieren. Direkt über ihrem Blütenstand präsentiert die Liane schüsselförmige, wie ein Hohlspiegel geformte Laubblätter. Simon fand heraus, dass diese Hohlspiegelblätter die Ultraschallrufe der Fledermäuse außerordentlich gut reflektieren, die Tiere die Blüten so bereits aus großen Entfernungen orten können. "Außerdem zeigt das Echo eine besondere Form einer konstanten Klangfarbe und hebt sich so deutlich von den Echos der umgebenden Vegetation ab", fügt Simon hinzu. In weiteren Untersuchungen zeigte der Forscher, dass Fledermäuse Blüten doppelt so schnell finden, wenn diese ein solches Hohlspiegelblatt präsentieren. "Das Signal erhält eine spektrale Signatur, mit der Fledermäuse die nektartragenden Blütenstände von der sie umgebenden Vegetation unterscheiden können."
Die Liane ist aber nur ein Beispiel: Unter den fledermausbestäubten Pflanzen finden sich weitere Blüten mit speziellen Reflektoren. Diese Blütenreflektoren will Simon nun zusammen mit Ingenieur Dr. Stefan Rupitsch vom Lehrstuhl für Sensorik der FAU als Muster für künstlich produzierte Reflektoren nutzen. Diese wären günstig zu produzieren, leicht zu installieren sowie wartungsarm - also ideal für eine breite Anwendung, berichten die Wissenschaftler. Um die biologisch inspirierte Ultraschall-Orientierung nutzbar zu machen, wollen die Forscher laut Angaben nun unter anderem mithilfe von Replikaten der natürlichen Blütenblatt-Reflektoren Roboter durch eine künstliche Umgebung navigieren. Sollte das gelingen, können fortführende Experimente zeigen, ob auch Autos und unbemannte Fahrzeugen von einer solchen Technik profitieren.
Experimente mit ungewissem Ausgang
Für Forschungsidee, die etabliertes Wissen herausfordern, oder ganz neue Forschungsrichtungen in den Blick nehmen, gibt es in Deutschland zurzeit wenige Förderangebote. Hier setzt die Förderinitiative "Experiment!" an, mit der die Volkswagen-Stiftung grundlegend neue Forschungsvorhaben mit ungewissem Ausgang in der Startphase unterstützt. Ein Scheitern des Konzeptes und unerwartete Befunde werden als Ergebnis akzeptiert. Die Förderinitiative wurde im November 2012 eingerichtet. In diesem Jahr wurden 630 Anträge gestellt von denen nun 19 Projekte gefördert werden.