Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Waldbrandsensor nach Vorbild der Natur

27.07.2004


Feuerwehrleute wünschen sie sich schon lange: Kostengünstige und hochempfindliche Infrarotsensoren, die große Waldgebiete automatisch überwachen und im Falle eines Brandes rechtzeitig warnen. Zoologen der Universität Bonn sind diesem Ziel einen Schritt näher gekommen: Sie haben einen Waldbrandsensor konstruiert, der zwar noch nicht so empfindlich ist wie handelsübliche Infrarotdetektoren, dafür aber kostengünstiger hergestellt werden könnte. Das bisher in Natur und Technik unbekannte Messprinzip haben sie dabei einem kleinen Insekt abgeschaut: dem Schwarzen Kiefernprachtkäfer, der im Holz frisch verbrannter Bäume seine Eier ablegt und Waldbrände angeblich noch aus 80 Kilometern Entfernung entdecken kann. Die Biologen wollen ihr kleines Vorbild nun vermessen, um zu sehen, wo die Grenzen des neuen Messprinzips liegen.


Noch ist der Sensor-Prototyp groß und nicht ganz so empfindlich wie bereits erhältliche Modelle. Die Wissenschaftler bescheinigen ihm aber enormes Potenzial.


Schwarzer Kiefernprachtkäfer auf verbrannter Kiefernrinde (Foto: Helmut Schmitz / Uni Bonn)



Der Schwarze Kiefernprachtkäfer fliegt auf verbranntes Holz: Unmittelbar nach Waldbränden laufen die Weibchen auf den Bäumen umher und legen in der verkohlten Rinde ihre Eier ab. Da viele andere Insektenarten eine frische Brandfläche meiden, können sich die Prachtkäfer-Larven dort weitgehend unbehelligt von Konkurrenz entwickeln. Ihren "Sinn für’s Brenzlige" verdanken die erwachsenen Insekten einem pfiffigen Sinnesorgan auf ihrer Unterseite: Dort sitzen zahlreiche Sensoren, die gerade für die Infrarot- ("IR") Strahlung eines Waldbrandes außerordentlich empfindlich sind.



"Interessanterweise handelt es sich bei diesen Infrarotfühlern um abgewandelte Mechanosensoren", erklärt der Bonner Zoologe Dr. Helmut Schmitz, "das ist eine völlig neuartige Messmethode für IR-Strahlung." Der fingerförmige Fortsatz eines einzelnen Mechanorezeptors steckt dabei in einer winzigen Kugel aus "Kutikula" - dem Material, aus dem auch der Insektenpanzer besteht. Die Kutikula-Kugel umfasst den druckempfindlichen "Finger" wie eine Klammer. "Die Kutikula unseres Kiefernprachtkäfers absorbiert nun besonders gut Wärmestrahlung von etwa drei Mikrometern Wellenlänge - das ist genau die Strahlung, die typischerweise bei einem saftigen Waldbrand frei wird. Bei einem Feuer erwärmt sich daher die Kugel, dehnt sich aus und erregt so direkt den Mechanorezeptor", so der Privatdozent. Da die Atmosphäre für Infrarotlicht in diesem Wellenlängenbereich durchlässig ist, können die Insekten potenzielle Brutplätze auf weite Distanzen wahrnehmen.

Zusammen mit seinem Doktoranden Martin Müller hat Schmitz den Sensor mit einfachsten Mitteln nachgebaut. An die Stelle der Kutikula-Kugel tritt in der Kopie ein Polyethylen-Plättchen. Polyethylen absorbiert Infrarotstrahlung in einem ähnlichen Bereich wie die Kutikula und dehnt sich dabei ebenfalls aus. Diese Ausdehnung messen die Wissenschaftler. "Das Ganze funktioniert schon ziemlich gut, wenn auch handelsübliche IR-Sensoren noch um den Faktor 100 besser sind", sagt Schmitz, ist aber überzeugt: "Wir befinden uns mit unserem einfachen Prototypen erst am Anfang dessen, was möglich ist." Zurzeit sucht der Zoologe nach Industriepartnern, um seinen Sensor genau zu spezifizieren und weiter zu vervollkommnen.

Um zu prüfen, wo die Grenzen des Messprinzips liegen, will er zudem das biologische Vorbild genau vermessen. "In der Literatur gibt es Hinweise, dass der Schwarze Kiefernprachtkäfer Waldbrände noch aus 80 Kilometern Entfernung aufgespürt haben soll; diese Angaben sind aber noch nie geprüft worden und daher auch nicht seriös." Die Käfer sollen aber erst der Anfang sein: "Unser Ziel ist es, bei allen bekannten infrarotsensitiven Tieren zu testen, wie empfindlich ihr Sinn für Wärmestrahlung ist." Allerdings scheint diese Gabe im Tierreich nicht sehr weit verbreitet zu sein: Bislang weiß man - abgesehen von drei verschiedenen Käferarten - nur von Grubenottern und Riesenschlangen, dass sie über echte IR-Sinnesorgane verfügen. Seit Anfang vergangenen Jahres arbeitet mit Dr. Guido Westhoff auch ein Schlangenexperte am Bonner Institut für Zoologie und untersucht in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt den Wärmesinn der Reptilien. So sind - weltweit einmalig - alle bisher bekannten IR-sensitiven Tiere unter dem Dach eines Institutes vereint.

Kontakt:
Privatdozent Dr. Helmut Schmitz
Institut für Zoologie der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-2071
E-Mail: h.schmitz@uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de/Aktuelles/Presseinformationen/2004/342.html

Weitere Berichte zu: Insekt Kiefernprachtkäfer Sensor Waldbrandsensor Zoologe

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie