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Bionik: Wasserläufer als Vorbild Miniroboter manövriert mit selbstentfaltenden Fächerfüßen übers Wasser

Von Manuel Christa 2 min Lesedauer

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Ein Forschungsteam beschreibt, wie die Fächer an den Mittelfüßen von Wasserläufern in Millisekunden ohne Muskelkraft aufklappen und als Ruder dienen. Die gleiche Geometrie treibt nun einen Insektenroboter an, der wendet, bremst und zügig über die Wasseroberfläche gleitet.

„Rhagobot“: Kleiner Insektenroboter läuft übers Wasser.(Bild: Dongjin Kim, Ajou Universit)
„Rhagobot“: Kleiner Insektenroboter läuft übers Wasser.
(Bild: Dongjin Kim, Ajou Universit)

Die Studie, erschienen am 21. August 2025, schaut der Natur sehr genau auf die Beine. Wasserläufer der Gattung Rhagovelia nutzen an den Mittelfüßen fächerartige Strukturen, die beim Eintauchen von selbst aufspreizen und beim Herausheben wieder zusammenfallen. Dafür reicht die Oberflächenspannung des Wassers in Kombination mit der elastischen Geometrie der feinen, bandartigen Borsten. Im Labor klappten isolierte Fächer in etwa 10 Millisekunden auf. Das Ergebnis: Die Insekten „rudern“ auf turbulenter Oberfläche, drehen in einem Wimpernschlag und beschleunigen rasant.

In Versuchen dokumentierten die Forschenden Geschwindigkeiten von bis zu rund 120 Körperlängen pro Sekunde und Vollkörperdrehungen um knapp 90 Grad binnen etwa 50 Millisekunden. Der Clou liegt im mechanischen Design: Die flachbandige Mikrostruktur versteift den Fächer unter Wasser in Zugrichtung, bleibt quer dazu aber nachgiebig. So entsteht beim Zug ein stabiles „Paddel“, beim Rückholen der Beine sinkt der Strömungswiderstand.

Von der Biologie zur Maschine

Auf dieser Basis entstand ein Insektenroboter, in den die Forschenden selbstmorphende Fächer integrierten. Der Prototyp, „Rhagobot“ genannt, wiegt rund 0,2 Gramm. Die Fächer messen etwa 10 × 5 Millimeter und sitzen an den beiden mittleren Beinen. Beim Eintauchen öffnen sie sich von allein und bilden ein starres Ruder; außerhalb des Wassers schließen sie zu einer feinen Spitze. In Tests erreichte der Roboter rund zwei Körperlängen pro Sekunde und drehte in deutlich unter einer halben Sekunde um 90 Grad. Gegenüber Varianten ohne Fächer verbesserte sich Schub, Bremsweg und Wendigkeit messbar.

Der Ansatz unterscheidet sich von früheren Wasserläufer-Robotern. Statt zusätzliche Motorik oder komplexe Regelung einzubauen, nutzt das System physikalische Effekte an der Luft-Wasser-Grenze als „eingebaute Mechanik“. Die Oberflächenspannung liefert die Arbeit zum Auf- und Zuklappen, die Geometrie sorgt für Richtungssteifigkeit. Dadurch sinkt der Energiebedarf und die Konstruktion bleibt leicht – beides entscheidend für Systeme im Insektenmaßstab.

Wozu taugt so ein Insektenroboter?

Anwendungen liegen im Monitoring an Gewässern, bei Hochwasser oder in schwer zugänglichen Uferzonen. Dort könnten kleine, zahlreich einsetzbare Plattformen Sensorik tragen, Proben nehmen oder Suchteams unterstützen, ohne im Wellengang zu kentern. Gleichzeitig öffnet die Arbeit eine saubere Methodik für Bionik: Erst Biomechanik und Strömungsphysik der Tiere klären, dann das Prinzip als einfaches, passives Bauteil in Technik übersetzen.

Die Autoren führen die Ergebnisse auf eine internationale Kooperation zwischen Biologie und Ingenieurwissenschaften zurück. Beteiligt sind unter anderem die University of California, Berkeley, das Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) und die Ajou University in Südkorea. (mc)

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