Roboterfische retten echte Fische

Flussfische wandern zwischen verschiedenen Lebensräumen. Zu den alltäglichen Hindernissen gehören Wasserkraftwerke. Um diese fischfreundlich zu gestalten, sind bisher Tierversuche nötig. Als Alternative entwickelt die Uni Magdeburg nun Roboterfische.

„Einem mutigen Anführer-Fisch hinterher zuschwimmen, kann mitunter zum Verhängnis werden“, meint Stefan Hoerner. Der promovierte Strömungsmechaniker entwickelt Wasserturbinen und hat einiges gelernt über das Verhalten von Fischen. Wenn also ein mutiger Schwarm eine Turbine passiert, dann sollte die Mehrheit der Gruppe auch wieder lebend daraus hervorkommen. Das ist gesetzliche Bedingung für Wasserkraftanlagen an Fließgewässern. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Otto-von-Guericke Universität (OVGU) Magdeburg haben weitreichende Kompetenzen auf diesem Gebiet erworben. Die Anregung zur Entwicklung von Strömungssimulationen und Fischrobotern ergab sich aus dem Wachstumskern "Fluss-Strom Plus", der vom Bundesforschungsministerium gefördert wird. Ergebnis dieser Forschung und Entwicklung sind die weltweit ersten schwimmenden Mikro-Wasserkraftwerke, die Fließgewässer mit Tiefen unter einem halben Meter und mit niedriger Fließgeschwindigkeit für die Energiegewinnung nutzen. Entscheidendes Kriterium der ökologischen Verträglichkeit der Anlagen ist deren Durchlässigkeit für Fische und andere Wasserbewohner. Gutachten müssen das belegen.

Ansicht des Roboterfischs

Im Bauch des Roboterfisches steckt die Elektronik, die durch eine Silikonhaut vor Wasser geschützt wird. In den Carbonkopf sind die Datenträger eingebaut.

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Tierversuche vermeiden

Stefan Hoerner leitete das Teilprojekt „Kaskade fischfreundliches Wehr“. Er berichtet von Auf- und Abstiegshilfen für die Flussbewohner und von interessanten Erkenntnissen über deren Wanderverhalten. Tests liefen u.a. im Versuchskanal des Instituts für Wasserbau und Technische Hydromechanik an der Technischen Universität Dresden. Allerdings: „Um das Schädigungsrisiko für Fische bei Turbinenpassagen zu ermitteln, müssen bislang lebende Fische eingesetzt werden“, sagt Hoerner und betont, dass niemand Freude daran habe. Daraus ergab sich die Idee für ein Forschungsprojekt zur Reduktion beziehungsweise Vermeidung der Tierversuche durch Roboterfische.

Versuchsstrecke für die ersten Prototypen ist der Wasserkanal des Instituts für Strömungstechnik und Thermodynamik der OVGU; dort werden auch die Modelle für umweltverträgliche Wasserturbinen getestet.

Ansicht des Fischbeckens

Dennis Powalla, Stefan Hoerner und Shokoofeh Abbaszadeh (v.l.) von der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg testen im Strömungskanal den ersten Protoyp eines Roboterfisches.

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Gerade taucht ein orange-leuchtender Fisch in die Fluten der zehn Meter langen Wasserrinne. Der künstliche Fisch ist ein „Evolutionsstadium“ auf dem Weg zum Roboterfisch. Dessen Aufgabe wird es sein, tausenden Aalen, Lachsen oder Forellen das Leben zu retten. Doktorandin Shokoofeh Abbaszadeh vom Institut für Elektrische Energiesysteme der Magdeburger Uni entwickelt das elektronische Innenleben der Fische. Dieser hier gleicht in Länge und Gewicht einer Forelle. In Aktion steht er unter 2000 Volt und muss darum eine zuverlässig wasserdichte Silikonhaut bekommen.

Schädigungsrisiken vorhersagen

Der Carbonkopf des Fisches kommt aus dem 3D-Drucker. Gefüttert mit den Daten der Forschungspartner aus der TU Dresden, aus dem Institut für Gewässerökologie und Fischereibiologie Jena und dem Zentrum für Biorobotik der Technischen Universität Tallinn lernt er, sich lebensnah zu verhalten. Die Elektrofische werden zudem mit Sensoren ausgestattet. Auf ihren Testläufen – später auch in Dresden unter komplexeren Bedingungen – sammeln sie Daten über ihre Bewegung und über die hydrodynamischen Kräfte, die auf sie einwirken. Von zirka sechs Millionen Rechenzellen spricht Doktorand Dennis Powalla, der daraus am Computer Bewegungsmuster erstellt und auf Strömungsmodelle überträgt. Mit Hilfe der Daten aus Laborversuchen mit lebenden Fischen sowie der Daten von Roboterfischen wird das Verhalten realer Fische simuliert, um daraus Schädigungsrisiken vorherzusagen.

„Ziel ist es, mit Hilfe der von uns entwickelten Simulationsmethoden künftig fischfreundliche Wasserturbinen ganz ohne Tierversuche bauen zu können“, stellt Projektleiter Hoerner in Aussicht – und animiert, den abgetauchten Roboterfisch doch mal anzufassen. Der fühlt sich erstaunlich echt an.