Wir wissen längst, dass der Klimawandel eine große Bedrohung für unsere Umwelt darstellt. Dennoch fehlt es uns noch immer an wichtigen Daten über unsere Ökosysteme. Unter anderem liegt das daran, dass Forscher*innen nicht genügend Daten in abgelegenen und unzugänglichen Gebieten sammeln können. Ein Betreten dieser Gebiete birgt zudem die Gefahr, empfindliche Ökosysteme zu stören. Moderne Technologien wie Drohnen oder Sensoren zur Ferndiagnose bieten zwar Vorteile in Bezug auf Effizienz und Datenqualität, haben aber auch Auswirkungen auf die Umwelt.
Forschende des Labors für Nachhaltigkeitsrobotik des interdisziplinären Forschungsinstitut Empa in Dübendorf haben nun eine Lösung in Form von biologisch abbaubaren Gleitern entwickelt. Die kostengünstigen und nachhaltigen Flugobjekte verfügen über die benötigten Sensoren, um energieeffizient und autonom Umweltdaten zu sammeln. Damit könnten sie in bisher schwer zugängige Gebiete vordringen.
Bio-Drohnen nach dem Vorbild der Javagurke modelliert
Inspiriert sind die biologisch abbaubaren Gleiter von den fliegenden Samen der Javagurke. Das betrifft einerseits das Design der Drohnen, andererseits aber auch ihre Fähigkeit, sich nach ihrem Lebensende biologisch abzubauen. Hierfür sind die Gleiter mit intelligenten Sensoren ausgestattet, die wichtige Ökoparameter in Echtzeit erfassen, darunter Informationen über die Bodenfeuchtigkeit, den Säuregehalt und andere Umweltfaktoren.
Durch das Aussenden dieser Gleiter können die Forscher*innen den Zustand des Waldbodens und sein biologisches und chemisches Gleichgewicht überwachen. Künftige Versionen dieser Sensoren könnten in der Lage sein, Echtzeit-Messwerte über Bäume, Wasser und Boden zu sammeln.
Die Natur wird immer häufiger als Inspiration für die Entwicklung von Technologien herangezogen. Erst kürzlich dienten Pusteblumen als Vorbild für die Fernerkundung in der Landwirtschaft.
Sensoren reagieren auf Regen und öffnen sich wie Blumen
Die Gleiter der Empa-Forscher*innen bestehen aus Kartoffelstärke, die recht einfach in die Form der Gurkensamen gebracht werden kann. Mit einer Flügelspannweite von 14 Zentimetern und einem Gewicht von nur 1,5 Gramm – inklusive Sensoren – können die Gleiter besonders langsam fliegen, um die optimale Datenmenge zu sammeln.
Die Sensorik der Gleiter, die durch eine Schicht aus nanofibrillierter Zellulose geschützt wird, reagiert dabei auf die Feuchtigkeit in der Atmosphäre. Sobald es regnet, öffnet sich der Schutzfilm wie bei einer Blume und der Sensor kann mit dem Datensammeln beginnen. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, zersetzt sich der Gleiter innerhalb weniger Wochen und seine Bestandteile gehen in der Natur auf.
Ziel: Entwicklung einer präzisen Biotechnologie vorantreiben
Die biologisch abbaubaren Gleiter samt all ihrer Sensoren sind Teil eines umfassenderen Projekts zur Entwicklung umweltfreundlicher Sensordrohnen für eine präzise Umweltüberwachung. Ziel dieses Projekts ist es, die Auswirkungen des Klimawandels auf verschiedene Lebensräume mit Technologien zu erfassen, die vollständig abbaubar sind. Dadurch sollen die Drohnen möglichst genaue Daten zur Vorhersage von Umweltveränderungen und somit auch zur Ergreifung geeigneter Präventivmaßnahmen liefern.
Die Erkenntnisse aus dem Biogleiter-Projekt werden zur Entwicklung weiterer Drohnen beitragen und das Konzept einer „digitalen Ökologie“ für einen nachhaltigen Ansatz im Naturschutz unterstützen. Der nächste Schritt ist, wie wir kürzlich in unserem Interview mit Stephan Bohn vom Humboldt-Institut für Internet und Gesellschaft (HIIG) erfahren haben, sollte dann sein, die Daten auch weitereren Forschenden zugänglich zu machen.
