Das Öffnen und Schließen von Muscheln, die Schwimmrichtung von kleinen Wassertierchen – all das kann viel über die Qualität eines Gewässers verraten, noch dazu kostengünstig. Denn während teure Messgeräte nur für kurze punktuelle Einsätze ins Wasser gelassen werden und teuer gewartet werden müssen, kann man mit den Tieren auch über lange Zeiträume arbeiten.
Diese Überlegungen waren die Basis für den biohybriden Unterwasser-Roboter, erklärt Ronald Thenius, Biologe an der Universität Graz und Leiter des EU-Projektes Robocoenosis. Mit dabei sind auch die Sant’Anna School of Advanced Studies und die University of Manchester.
Was Muscheln, Bakterien und Flöhe erzählen
Ronald Thenius und sein Team setzen die Zebramuscheln in eine Halterung ein, bevor sie den Roboter ins Wasser lassen. Der Roboter beobachtet das Öffnen und Schließen der Muscheln, deren Rhythmus variiert nämlich je nach Sauerstoffgehalt und Nahrungsangebot. Eine Kamera zeichnet das Muschelverhalten auf und schickt die Daten nach oben ins Labor.
Auf kleinen Glasplatten sollen sich von außen Mikroorganismen ansiedeln, erklärt Ronald Thenius: „Wir können dann beobachten, was da wächst und wie schnell es wächst. Interessant ist auch, ob sich die Zusammensetzung dieses kleinen Ökosystems verändert, ob eine Spezies verschwindet und neue dazukommen."
Besonders spannend sind auch die Wasserflöhe oder „Daphnien“, die in einem wasserdurchlässigen Aquarium eingesetzt werden. Sie verändern ihr Schwimmverhalten, wenn das Wasser verschmutzt ist, so Thenius: „Der Roboter kann erkennen, ob die Daphnien jetzt geradeaus schwimmen oder sich plötzlich im Kreis bewegen. Sie verändern außerdem ihre Farbe, wenn sie mit bestimmten Stresssituationen in Berührung kommen. Kommt es zum Sauerstoffmangel, wandelt sich ihre Farbe von weiß oder durchsichtig hin ins Rötliche.“
Bis zu zwei Jahre unter Wasser
Es ist die Gesamtschau der Lebewesen, die eine genaue Analyse des Wassers ermöglichen. Der Roboter sendet täglich Informationen über die Lebewesen ins Labor nach Graz. Er kann bis zu zwei Jahre unter Wasser bleiben ohne dass man ihn warten oder versorgen müsste. Das sei ein großer Vorteil gegenüber bisherigen Messgeräten, so Ronald Thenius.
Wenn etwa ein extremes Ereignis eintritt wie eine plötzliche Gewässerverschmutzung wegen giftiger Abwässer oder einer Umweltkatastrophe, könne der Roboter sich sofort melden. Auch Langzeitbeobachten seien nun besser möglich, womit man auch die Folgen der Klimaerwärmung besser abschätzen könne.
Eigene Stromerzeugung
Den Strom für die Datenübertragung erzeugt der biohybride Roboter selbst – aus Mikroben im Bodenschlamm. Dazu besitzt der Roboter so etwas wie einen Schwamm aus Kohlenstoff. „In diesem Schwamm wandern Bakterien, sie siedeln sich dort an und beginnen, sich mit Nahrung zu versorgen. Sie entnehmen Energie aus der Umwelt. Und genau daraus lässt sich Strom erzeugen.“
Die Methode ist schon älter und war bisher nicht besonders ergiebig, doch die Teampartner aus Brüssel und Manchester arbeiten daran, diese Technologie der Stromerzeugung zu verbessern. Die Prototypen können jedenfalls schon Daten erheben, speichern und senden. Mehrere Prototypen sind in österreichischen Seen bereits im Einsatz. Geplant ist aber auch, die Roboter salzwassertauglich zu machen.