Autonome Tech-Käfer überwachen die Meere

Unzählige künstliche Käfer von Ingenieuren der Binghamton University flitzen künftig über die Meere, um Umweltdaten wie Temperaturen von Wasser und Luft, Verunreinigungen, die Bewegungen von Handelsschiffen und Flugzeugen sowie das Verhalten von Wassertieren zu erfassen und an dezentral installierte Zentralen zu schicken. Sie bleiben über Jahre aktiv, ohne dass sie mit Fremdenergie versorgt werden müssen. Trotzdem funktionieren ihre Antriebe und Kommunikationssysteme. Das liegt daran, dass sie den Strom, den sie benötigen, selbst erzeugen.

Das Team um Seokheun "Sean" Choi hat zehn Jahre lang an den autonomen Käfern gearbeitet. Sie sind mit einer hydrophoben (wasserabstossenden) und einer hydrophilen (wasseranziehenden) Seite ausgestattet. Das ermöglicht es ihnen, Nährstoffe aus dem Wasser aufzunehmen, die eine biologische Brennstoffzelle im Inneren der Käfer in Strom umwandelt.

Die dazu nötige Arbeit verrichten Bakterien, mit denen die Käfer gewissermassen ab Fabrik ausgestattet werden. Das sie ständig mit Nahrung versorgt werden, verrichten sie unermüdlich ihren Dienst. Es sei denn, die Zufuhr wird unterbrochen, etwa bei zu grosser Kälte. Dann fallen die Bakterien gewissermassen in einen Winterschlaf, aus dem sie aufwachen, sobald die Nährstoffversorgung wieder beginnt.

Derzeit schaffen die Bakterien eine Leistung von einem Milliwatt. Das reicht sowohl für den Antrieb als auch die Versorgung der Sensoren und den Betrieb der Funkstrecke. Der nächste Schritt besteht darin, zu testen, welche Bakterien sich am besten für die Energieerzeugung unter stressigen Meeresbedingungen eignen.

"Jetzt wollen wir herausfinden, welche in den unterschiedlichen Meeresregionen am effektivsten sind. Wir haben bereits gezeigt, dass die Kombination mehrerer Bakterienzellen Nachhaltigkeit und Leistung verbessern kann. Vielleicht können wir mithilfe von maschinellem Lernen die optimale Kombination von Bakterienarten finden, um Leistungsdichte und Nachhaltigkeit zu verbessern", so Choi. Die künstlichen Käfer sollen Teil eines weltumspannenden Internets der Dinge werden, das nahezu alles überwacht. Das Ziel: Alle Systeme optimieren und die Umwelt möglichst wenig belasten.