„Fledermausblumen“ als Vorbild für Sonar-Navigation

Fledermäuse sind bekannt für ihre ausgezeichnete Echoortung, indem sie Schallwellen aussenden, anschließend das Echo aufnehmen und es auswerten, um sich zu orientieren. Diese Art und Weise, seine Umgebung zu erfassen und Abstände zu messen, ist nicht nur bei Fledermäusen und Zahnwalen überlebenswichtig, Roboter und autonome Autos sind ebenfalls darauf angewiesen, um sich gefahrlos zurechtfinden zu können. Im Falle von selbstfahrenden Autos sind Sonarmessungen alleine zur Abstandsmessung aber nicht geeignet. „Sie haben auch einige Einschränkungen”, sagt Prof. Jan Steckel vom Institut für Elektronik und ICT der Universität Antwerpen. „Ihre Messungen können mehrdeutig sein, und das kann zu verwirrenden Situationen für den autonomen Roboter führen.“

Bisher gibt es keine Sonarzeichen oder -signale, die für eine reine Sonarnavigation geeignet wären. Steckel und sein Kollege Dr. Ralph Simon von der Abteilung für Ökologische Wissenschaften der Vrije Universiteit Amsterdam haben jetzt aber eine Lösung gefunden und ließen sich dabei von einer spezielle Koevolution zwischen Fledermäusen und Blumen inspirieren. Sie fanden die Lösung in Blumen, die von Fledermäusen bestäubt werden.

„Fledermäuse navigieren über die Echoortung”, erklärt Simon. „Sie können Objekte lokalisieren, indem sie Töne aussenden und die von ihren Ohren aufgenommenen Echos hören. Das ist eine geniale Art, die Welt zu erfühlen, und es funktioniert hervorragend.“ Jedoch auch die Tiere hätten mitunter Schwierigkeiten, wenn ihre Nahrungsquelle beispielsweise sehr nahe an der Vegetation liegt. „Es gibt aber sogar Fledermausarten, die sich von Blütennektar ernähren, also müssen sie offensichtlich sehr nah an Pflanzen fliegen und nach Blumen suchen.”

Und so haben einige durch Fledermäuse bestäubte Pflanzen im Laufe der Evolution spezielle Blütenteile entwickelt, die als Sonarreflektoren fungieren, durch die sie sich von den „normalen Pflanzen“ in der Umgebung abheben. Die Fledermäuse bemerken sie und können sich an ihnen orientieren.

Perfekte Sonar-Verkehrszeichen

Die beiden Niederländer und Forscher der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg kamen dadurch auf die Idee, künstliche Sonarschilder zu entwickeln, die Roboter und autonome Autos durch unbekannte Umgebungen leiten. Die Wissenschaftler entwickelten spezielle, von Fledermäusen inspirierte Sonarsysteme und von den Pflanzen inspirierte Sonarreflektoren. „Wir waren erstaunt, wie zuverlässig diese Reflektoren auch in unübersichtlicher Umgebung erkannt werden”, sagt Simon.

Steckel, Simon und ihre deutschen Kollege konnten so zeigen, wie die Navigation von sonargesteuerten Robotersystemen verbessert werden kann: Durch künstliche Reflektoren. Mit Hilfe unterschiedlicher Reflektorformen gelang es ihnen sogar, verschiedene Befehle zu übertragen, was die von Fledermäusen und Pflanzen inspirierten Reflektoren zu perfekten Sonar-Verkehrszeichen macht. Bioinspirierte Sonarschilder könnten daher „sehr effiziente Werkzeuge sein, die Türen für neue Anwendungen von Sonarsensoren und eine sicherere autonome Navigation öffnen”, sagt Jan Steckel.

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachpublikation PNAS veröffentlicht.