Irgendetwas an der Aufhängung der abenteuerlichen Konstruktion musste sich gelockert haben. Eben noch bewegte sich die Maschine auf drei aufblasbaren Kugeln durch die kalifornische Mojave-Wüste. „Dann ging alles sehr schnell“, erinnert sich Jack Jones, Chefingenieur am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der Nasa in Pasadena, an die Testfahrt seines damaligen Mars-Rover-Prototypen: Eines der Räder löste sich, und raste plötzlich wie ein überdimensionaler Wasserball vom Wind getrieben über den Wüstenboden. Felsen, Plateaus und Büsche – nichts konnte das rasende Rad stoppen. Erst ein Techniker aus Jones Team, der sich einen zufällig vorbeikommenden Geländewagen ausborgte, konnte den Ausreißer einfangen.

Ihm habe dieser Unfall die Augen geöffnet, sagt Jones heute: Wenn wir diese Dinger nur groß genug machten, dann kann sie auf dem Mars nichts aufhalten. Seit der Geburtsstunde des rollenden Roboters im Jahr 2000 haben Jones und sein Team die Idee perfektioniert. Ihr Tumbleweed, benannt nach den nahezu aus jeder ordentlichen Westernschießerei bekannten rollenden Büschen, wurde zum Hightech-Gefährt.

Dazu stopften sie den Ball mit allerlei Sensorik voll – und testeten die Zwei-Meter-Kugel in Grönland und der Antarktis. Dort zog Tumbleweed vom Polarwind getrieben mit durchschnittlich rund sechs Kilometern pro Stunde erfolgreich seine Bahnen und funkte munter Daten über Lufttemperatur, Luftdruck, Feuchtigkeit und Lichtintensität an eine Basisstation.

Nach diesen „zufriedenstellenden“ Versuchen in den Jahren 2003 und 2004 plante das Team um Jones für die Mars-Oberfläche eifrig an einer Sechs-Meter-Version von Tumbleweed. Selbst Steigungen bis zu einer Neigung von 25 Grad wären so zu erklimmen. Neben komplizierter Messtechnik, die nach Leben auf dem roten Planeten fahnden sollte, war auch ein Bohrer im Inneren der Hightech-Kugel geplant, mit dem Bodenproben entnommen werden können.

Doch dann wurde es wieder still um den künftigen Mars-Kundschafter. Zwei Mars-Missionen mit Robotern auf Rädern, wie Spirit und Opportunity waren bereits unterwegs, andere wie Mars Reconnaissance Orbiter und Phoenix längst in konkreter Planung. Geld fehlte, eine neue Mission, in der Tumbleweed sinnvoll eingesetzt werden konnte, stand nicht in Aussicht.

Doch die Idee vom rollenden Planetenerkunder überlebte bis heute – und erfährt neuerdings wieder große Beliebtheit. Bei der für Herbst 2011 geplanten Mars-Mission Mars Science Laboratory könnte erstmals ein Verwandter des rollenden Urahns mit dabei sein. Erst kürzlich wurden alle derzeit bekannten Rollroboter-Ideen am Johnson Space Center der Nasa in Houston genau bewertet.

Ganz vorn mit dabei dürfte eine Entwicklung sein, an der Fredrik Bruhn, Vizepräsident Space & Defense des schwedischen Feinelektronik-Unternehmens ÅAC Microtec AB, maßgeblich beteiligt ist. Ursprünglich konstruiert hat der Wissenschaftler seinen sphärischen Roboter, wie die Hightech-Kugeln im Fachjargon genannt werden, für die von der ESA ab frühestens 2014 vorgesehene BepiColombo-Mission zum Merkur. Weil aber das Landemodul aus Kostengründen wieder gestrichen wurde, ist sein Roboter derzeit ohne konkrete Mission – und könnte daher bei der Nasa anheuern.

Außer der runden Form und einem Bauch voller Elektronik hat Bruhns 30-Zentimeter-Kugel aber kaum noch Gemeinsamkeiten mit der ersten Version von Tumbleweed. „Der entscheidende Vorteil ist der aktive Antrieb unseres Rovers“, sagt Bruhn. Da man ihren Roboter auf diese Weise genau steuern könne, sei man nicht mehr von Winden in der Planetenatmosphäre und so mehr oder weniger vom Zufall abhängig. Im Herzen des Roboters schwingt daher ein zweigeteiltes Pendel.

Das Prinzip sei vergleichbar mit der Bewegung eines Hamsters in seinem Laufrad, sagt Bruhn. Wird das Gewicht des Pendels durch einen Elektromotor aus dem Schwerpunkt geschwenkt, versucht die Kugel durch eine Gegenbewegung wieder ihr Gleichgewicht herzustellen: Sie rollt in die gewünschte Richtung. Um nach rechts oder links zu lenken, kann das Pendelgewicht zusätzlich zur Seite ausgelenkt werden. Mit Geschwindigkeiten von rund zehn Kilometer pro Stunde kullert der kleine Roboter durch die Landschaft – und kann sich sogar durch Schneeberge wälzen.

Der Pendelmotor schickt die Kugel auf Steigungen von bis zu 20 Grad. Die Sensorik verstaut der Schwede größtenteils in der hohlen Leichtmetallstrebe, an der auch das Pendel hängt. „Um möglichst viel Elektronik in den Rover zu bekommen, muss sie aber noch kleiner werden“, sagt der Forscher. Prinzipiell gelöst hingegen ist die Energieversorgung: Solarzellen auf der Außenhülle liefern den Strom. Sind diese durch Staub verschmutzt, beginnt ein Ultraschallresonator zu schwingen – und die Kugel vibriert und schüttelt sich wie ein nasser Hund. Brillen reinigt man heutzutage auf die gleiche Weise.

Unaufgeblasen ist die Konstruktion nur halb so groß. So komprimiert könnte Bruhns Minikugel tatsächlich Platz im sechsrädrigen Mars Science Laboratory-Rover finden. Braucht der fahrende Hauptroboter unterstützende Aufklärer, werden die platten Kugeln über einen Federmechanismus auf die Planentenoberfläche geschossen. Bewegungssensoren erfassen diese Beschleunigung und blasen die Roboter in sekundenschnelle mit einer Xenon-Gas-Kapsel auf. Eine Hülle aus einer hochstrapazierbaren und hitzebeständigen Thermoplastik sorgt dafür, dass das empfindliche Innenleben auch nach dem Aufprall dauerhaft geschützt ist.

„Ein Schwarm solcher Drohnen könnte nach wissenschaftlich interessanten Bodenformationen und Formen von Leben suchen und so den Wirkungskreis des Orbiters beträchtlich erweitern“, sagt Bruhn.

Aber wie weit kommen die Kugeln im Ernstfall wirklich? Mit dieser Frage hat sich der Jungwissenschaftler Rhodri Armour von der University of Bath nahe Bristol beschäftigt. „Auch wenn sich sphärische Roboter deutlich flexibler bewegen als ihre Kollegen auf Rädern, sich nicht festfahren oder umkippen können – irgendwann kommt ein Hindernis, an dem auch für sie Schluss ist“, glaubt er.

Die Hindernisse müssten die Roboterkugel nur um ein Zehntel überragen, und der Pendelantrieb sei am Ende, vermutet Armour. Um Steine, Erdhügel und Asteroidenbruchstücke könne man dann zwar herumfahren, aber oft reiche das eben nicht. Kurzerhand entwickelte der frisch gebackene Doktor in Maschinenbau eine eigenen Version des Kugelroboters, der mit solchen Problemen fertig wird: Er überspringt sie einfach.

Seine filigrane Konstruktion mit dem Namen Jollbot gleicht dabei eher einem kugelförmigen Vogelkäfig als einem Roboter, der dereinst ferne Planeten erkunden soll. Er funktioniert allerdings genau so wie er soll: Will Jollbot über ein Hindernis hüpfen, ziehen kleine Elektromotoren das Drahtgestell zunächst in eine ellipsoide Form zusammen. Schnellt der Roboter daraufhin wieder in seine ursprüngliche Kugelform zurück, lässt ihn die gespeicherte Energie gut einen halben Meter hoch springen. Das Prinzip habe er bei einem Grashüpfer abgeschaut, sagt Armour: „Jollbot ist damit der erste Roboter, der rollen und gleichzeitig auch springen kann“. Das Konzept, so Armour, habe er bereits der Nasa vorgestellt.

Sphärische Roboter hätten in der Tat einen gewissen Charme, sagt Gerhard Hirzinger, Leiter des Institutes für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Oberpfaffenhofen. „Sie sind relativ unabhängig von der Geländebeschaffenheit und nicht so anfällig wie radgetriebene Fahrzeuge“, sagt der Wissenschaftler. Die alleinige Lösung für die Erkundung ferner Planeten sieht er aber nicht darin.

Problematisch sei vor allem, dass die Sensorik im Inneren der Kugeln untergebracht sei. „Ein Sensor soll schließlich etwas messen“, bemängelt der DLR-Forscher. Und Öffnungen zu konstruieren, aus denen Messfühler herausfahren können, sei äußerst kompliziert. Für ihn ist die kleine Kugel daher nur ein Werkzeug von vielen in der Ausrüstung künftiger Planeten-Expeditionsteams.

Dass sein kugeliger Erkunder schon bald ins All fliegen wird, steht für Bruhn sicher fest. Eine irdische Version seines Roboters, entwickelt von der schwedischen Firma Rotundus, habe nämlich bereits gezeigt, dass der Pendelantrieb einwandfrei funktioniere.

Nächstes Jahr kommt der „GroundBot“ auf den Markt. Der Wachroboter kugelt sich über Flugfelder, erkundet Hangars, wälzt sich durch verschneite Parks, schwimmt durch Kanäle, überquert Palettenstapel und bewegt sich auf einer steilen Rampe als wär's eine Achterbahn für Riesen-Murmeln.