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Konkurrenz für den stärksten Boxer des Tierreichs

Forscher konstruieren Roboter nach Vorbild des Fangschreckenkrebses

Boxer
Schlag-Roboter und sein Vorbild, der Fangschreckenkrebs. © Harvard SEAS

Der Schlag seiner Fangbeine ist schneller als jede andere Bewegung im Tierreich – und heftig genug, um Glasscheiben zu zerschmettern: Der farbenfrohe Fangschreckenskrebs ist der schlagkräftige Boxer im Tierreich. Was hinter seiner Schmetterkraft steckt, haben US-Forscher jetzt mithilfe des unten sichtbaren Roboters herausgefunden – sein Schlagapparat funktioniert nach Vorbild des Fangschreckenkrebses.

Der im tropischen Pazifik lebende Fangschreckenkrebs Odontodactylus scyllarus hat eine spezielle Beutefang-Strategie entwickelt: Nähert sich ihm ein kleiner Fisch oder Krebs oder sichtet er eine potenziell schmackhafte Muschel, schleudert er explosionsartig seine verdickten Keulen vor. Mit rund 23 Metern pro Sekunde treffen sie auf die Beute und durchschlagen selbst dicke Panzer und Schalen.

Rätselhafte Verzögerung

Wie der Krebs dieses Tempo und die enorme Wucht seines Schlags erzeugt, erforschen Wissenschaftler schon länger. Demnach sorgen zwei kleine Arretierungen dafür, dass sich zunächst Spannung in Muskeln und Sehnen des Fangbeins aufstaut. Beim abrupten Lösen dieser Sklerite entlädt sich diese in der ultraschnellen Bewegung.

Ein Detail konnten Forscher aber bislang nicht klären: „Wenn man sich den Schlagprozess mit einer Hochgeschwindigkeitskamera anschaut, sieht man eine kurze Verzögerung zwischen dem Lösen der Sklerite und dem Feuern der Fangbeine“, erklärt Nak-seung Hyun von der Harvard University. „Offensichtlich gibt es noch einen weiteren Mechanismus, der die Schlagbeine festhält – aber niemand hat bisher herausgefunden, wie dieser andere Mechanismus arbeitet.“

Geometrie als Schlagverstärker

Das hat sich nun geändert. Denn Hyun und seine Kollegen sind hinter das Geheimnis des Fangschreckenkrebses gekommen und haben einen Roboter konstruiert, der diese Bewegung und das dahintersteckende Prinzip imitiert. Dabei zeigte sich: Es liegt an der Geometrie des Apparats. Die Sklerite sind so angeordnet, dass sie das Fangbein nach der Aufhebung der Arretierung nicht sofort loslassen, sondern erst, wenn sie eine Art Umkipppunkt erreicht haben.

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„Dieser Prozess kontrolliert die Freisetzung der gespeicherten elastischen Energie und verstärkt sogar noch die mechanische Leistung des Systems“, erklärt Hyuns Kollegin Emma Steinhardt. Erst dieser geometriebedingte Mechanismus ermöglicht demnach die extreme Beschleunigung dieser Bewegung.“ Beim nur 1,5 Gramm schweren Mini-Roboter zahlte sich der Nachbau dieses Prinzips schon aus: Sein Schlag erreichte ein Tempo von 26 Metern pro Sekunde. Damit ist er schneller als jedes andere Gerät dieser Größenordnung. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; doi: 10.1073/pnas.2026833118)

Quelle: Harvard University, John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

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