Wie wird man dem Klimawandel Herr und wie kann man ihn stoppen? Roboter sollen nun dazu beitragen, dies zu schaffen und die Umwelt zu schützen, indem sie Pflanzensamen nachahmen und zum Beispiel Schadstoffe im Boden erkennen. Wissenschaftler des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken arbeiten dazu im EU-Projekt “I-Seed” mit vier weiteren europäischen Partnern zusammen. Geeitet wird es vom renommierten Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) in Genua.
I-Seed vereint hierbei weiche Robotik, Materialwissenschaft und künstliche Intelligenz, um Roboter zu entwickeln, die das Verhalten von Pflanzensamen nachahmen. Diese intelligenten Samen – sogenannte “I-Seed-Roboter” – sollen Boden- und Klimaparameter überwachen, wie Schadstoffe, Feuchtigkeits- und CO2-Gehalt, Temperatur und auch Wasserqualität.
Auf der Suche nach biologisch abbaubaren Materialien
Für das Überleben von Pflanzen sei es “essenziell”, ihre Samen optimal in den Boden zu bringen, betonen die Forscher. Wie schon Leonardo da Vinci bei seiner “Luftschraube”, würden sie sich im I-Seed-Projekt von speziellen Pflanzensamen inspirieren lassen, die fliegend oder bohrend ihr Ziel erreichen, wie beispielsweise die Samen von Ahorn oder Reiherschnabel. Die Wissenschaftler untersuchen daher einerseits die Morphologie der Pflanzensamen und deren Ausbreitungsmechanismen. Auf der anderen Seite brauchen sie für die Roboter auch multifunktionale Materialien, die biologisch abbaubar sind, damit sie die Umwelt nicht belasten.
“Das Gleichgewicht natürlicher Ökosysteme zu verstehen, zu überwachen, wiederherzustellen und zu bewahren ist notwendig, um die Artenvielfalt zu erhalten“, erläutert Barbara Mazzolai, Koordinatorin des I-Seed-Projekts und Associate Director of Robotics am IIT. “Mit einem starken, multidisziplinären Team zielt I-Seed darauf ab, auf den Fähigkeiten von Pflanzensamen basierende neue und umweltverträgliche Technologien zu schaffen.“ Hauptziel des Projekts sei es, zwei Arten von biologisch abbaubaren weichen Robotern mit unterschiedlichen Eigenschaften zu entwickeln: I-SEED ERO und I-SEED SAM.
I-SEED ERO und I-SEED SAM
Wie ein Korkenzieher soll I-Seed ERO durch Bewegung in den Boden eindringen. I-Seed SAM soll dagegen fliegen und an der Bodenoberfläche arbeiten. Beide I-Seed-Roboter sollen mit Hilfe einer Drohne ausgebracht und so konzipiert werden, dass sie mit einer speziellen Software verfolgt werden können. Um das zu vereinfachen, werden ERO und SAM zudem fluoreszieren. Die Drohnen können die Samen mit Hilfe eines Lidar-Systems zur optischen Abstandsmessung dann auch über größere Distanzen ausfindig machen. Geplant ist weiterhin, dass I-Seed-Roboter auch in geografischen Gebieten eingesetzt werden, in denen es aktuell noch keine Umweltüberwachung gibt.
Die nötigen fluoreszierenden Markierungen und Sensormaterialien, die in die I-Seed-Roboter integriert werden, werden vom Institut für Neue Materialien zur Verfügung gestellt. Aus dem INM-Programmbereich Strukturbildung unter Leitung von Tobias Kraus kommen schließlich maßgeschneiderte Partikel und Moleküle, die je nach Umweltbedingungen ihre Fluoreszenzeigenschaften ändern.
I-Seed startete im Januar 2021 und erhält Fördermittel in Höhe von vier Millionen Euro aus dem FET Proactive-Programm der Europäischen Union.
Titelbild: Drohnen überwachen fluoreszierende I-Seed-Roboter mit Lasertechnik. © Istituto Italiano di Tecnologia
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