In einer Welt, in der winzige Roboter über die Oberfläche des Ozeans gleiten und kontinuierlich die weitgehend unerforschte Meeresumwelt überwachen, könnten diese Roboter Daten sammeln, angetrieben von einer Energiequelle, die sich nie erschöpft. Anwar Elhadad, Yang Gao und Seokheun Choi an der State University of New York in Binghamton haben in ihrem Papier “Revolutionising Aquatic Robotics: Advanced Biomimetic Strategies for Self-Powered Mobility Across Water Surfaces” untersucht, wie diese Roboter die Energie durch biologische Prozesse nutzen könnten. Das Team hat ein innovatives System entwickelt, das es kleinen aquatischen Robotern ermöglicht, ihre eigene Energie zu erzeugen, inspiriert von der Art und Weise, wie lebende Organismen Energie verarbeiten, und die Grenzen dessen, was autonome Technologie in herausfordernden Umgebungen erreichen kann, erweitert.
Mit dem Internet der Dinge (IoT), das sich weiter ausdehnt und Prognosen zufolge bis 2035 über eine Billion vernetzte Geräte umfassen wird, ist der Bedarf an autonomen Systemen, die in abgelegenen und schwierigen Umgebungen arbeiten können, dringend erforderlich. Aquatische Umgebungen, die 71 Prozent der Erdoberfläche bedecken, stellen einzigartige Herausforderungen dar, bei denen herkömmliche batteriebetriebene Geräte durch ihre begrenzte Energiespeicherung und die logistischen Schwierigkeiten von Abholung und Aufladung eingeschränkt sind. Um diese Hindernisse zu überwinden, hat die Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA) Programme wie das Ocean of Things (OoT) initiiert, das darauf abzielt, Tausende intelligente, schwimmende Knotenpunkte mit Sensoren auszustatten, um Meeresumgebungen zu überwachen. Die Forscher haben eine selbsttragende Energiequelle entwickelt, die auf mikrobiellen Brennstoffzellen (MFCs) basiert, um organische Materialien in aquatischen Umgebungen in elektrische Energie umzuwandeln. Die Verwendung des Bakteriums Bacillus subtilis als anodischer Biokatalysator und die Integration einer biomimetischen Janusmembran mit asymmetrischer Oberflächenbenetzbarkeit haben die Effizienz und Lebensdauer der MFCs erheblich verbessert.
Die Implikationen dieser Forschung gehen weit über den Bereich der Robotik hinaus und setzen neue Maßstäbe im Design autonomer Systeme. Die potenziellen Anwendungen reichen von Umweltüberwachung und Katastrophenhilfe bis hin zur Sicherheit und Navigation. Autonome Roboter, die von MFCs angetrieben werden, könnten revolutionieren, wie wir marine Umgebungen erkunden und verstehen, und Echtzeitdaten zu allem von Umweltverschmutzung bis zum Bewegungsmuster von Meeresarten liefern. Die in dieser Forschung gezeigten Prinzipien könnten auch auf andere Bereiche wie biomedizinische Geräte oder tragbare Technologie angewendet werden, wo die Energieautonomie ein kritisches Anliegen ist. Die Verwendung von mikrobiellen Brennstoffzellen in diesen Kontexten könnte zu neuen, selbsttragenden Systemen führen, die unsere Abhängigkeit von traditionellen Energiequellen reduzieren und die Widerstandsfähigkeit unserer technologischen Infrastruktur verbessern.