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Bionikforschung an der Kieler Universität: "Der Käfer macht es uns vor"

09.08.2012
Insekten sind wahre Meister, wenn es darum geht, an trockenen Oberflächen entlang zu spazieren. Aber in der Natur wird es auch oft genug feucht. Pflanzen können besonders nach einem Regenschauer längere Zeit von Wasser bedeckt sein.
Bionik-Experte Gorb von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und Materialwissenschaftlerin Hosoda vom National Institute for Material Science, Japan, haben die Eigenschaft von terrestrischen Blattkäfern, die sich unter Wasser fortbewegen können, analysiert. Dem Käferprinzip folgend entwickelten sie ein künstliches Material, das unter Wasser an Festkörpern haftet.

Der Grüne Sauerampferkäfer (Gastrophysa viridula) ist Vorbild für ein neues Material in der Bionik. Es kann genauso wie das Insekt unter Wasser an Oberflächen haften.
Copyright: CAU, Foto: Stanislav Gorb

http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2012/2012-227-unterwasser.shtml

Insekten sind wahre Meister, wenn es darum geht, an trockenen Oberflächen entlang zu spazieren. Aber in der Natur wird es auch oft genug feucht. Pflanzen können besonders nach einem Regenschauer längere Zeit von Wasser bedeckt sein. Bionik-Experte Professor Stanislav Gorb von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und Materialwissenschaftlerin Professorin Naoe Hosoda vom National Institute for Material Science, Japan, haben die herausragende Eigenschaft von terrestrischen Blattkäfern, die sich unter Wasser fortbewegen können, analysiert. Dem Käferprinzip folgend entwickelten sie ein künstliches Material, das unter Wasser an Festkörpern haftet. Die Ergebnisse sind in der heutigen online-Ausgabe, 8. August, der Fachzeitschrift „Proceedings of the Royal Society B” veröffentlicht.

„Das war eine sehr schöne Zusammenarbeit mit Frau Hosoda“, berichtet Gorb. „Es ist allgemein bekannt, dass man an der Luft zwei Festkörper mithilfe von Wasser zum Haften bringen kann. Wie ein Blatt Papier, das auf dem Tisch kleben bleibt, wenn es nass wird.“ Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit an der Grenzfläche zwischen Luft, Flüssigkeit und Festkörper, genannt Kapillarkraft, machen sich auch Insekten zunutze. Anstelle von Wasser kleben sie mithilfe von Öl an ihren Fußhärchen auf Oberflächen.

„Das gleiche Prinzip unter Wasser bleibt eine spannende Perspektive, denn ohne Luft können die Kapillarkräfte nicht wirken. Der Käfer macht es uns vor. Er nimmt einfach Luftblasen mit unter Wasser“, so Gorb weiter. Mit der eingeschlossenen Luft zwischen ihren Fußhärchen schafft der Käfer genau die Grenzfläche zwischen Luft, Flüssigkeit und Festkörper, die auch für eine Haftung unter Wasser notwendig ist. Bedingung ist allerdings, dass die Oberfläche, auf der der Käfer laufen will, in einem bestimmten Maße wasserabweisend ist. Das sei allerdings in der Natur oft der Fall. Allein die Oberseite von Blättern sei häufig etwas hydrophob, erklärt der Kieler Wissenschaftler.

Gorb: „Von dieser Idee inspiriert haben wir eine künstliche Silikon-Polymer-Struktur hergestellt, die die Eigenschaften der Unterwasserhaftung des Käfers imitiert.“ Die Herausforderung dabei war, dass das Material die Luft unter Wasser halten muss. Die Lösung liegt in einer Mikrostruktur, welche ähnlich wie die Käferhärchen Luftblasen halten kann. Damit ist ein Material geschaffen, dass ohne Klebstoff unter Wasser an Festkörpern haftet. Mögliche Anwendungsgebiete seien Unterwasseroptik, aber auch jede Art von Unterwassertechnik.

Originalpublikation:
http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/early/2012/07/31/rspb.2012.1297.f...

doi:10.1098/rspb.2012.1297

Bilder stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-227-1.jpg
Bildunterschrift: Der Grüne Sauerampferkäfer (Gastrophysa viridula) ist Vorbild für ein neues Material in der Bionik. Es kann genauso wie das Insekt unter Wasser an Oberflächen haften.

Copyright: CAU, Foto: Stanislav Gorb

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-227-2.jpg
Bildunterschrift: Das Käfergeheimnis sind die Härchen an den Füßen. Hier eine Aufnahme im Kieler Rasterelektronenmikroskop. Die Enden der Härchen sind ca. 5 Mikrometer breit.

Copyright: CAU, Stanislav Gorb

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2012/2012-227-3.jpg
Bildunterschrift: Oben: Der Käfer unter Wasser haftet an einer Oberfläche; Mitte: Aufnahme des Käferfußes von unten. Links ist er an der Luft, rechts unter Wasser. Die einzelnen Härchen haften am Untergrund; Unten: Die neu entwickelte Silikon-Polymer-Struktur ist unter dem Spielzeugauto angebracht. Das Material lässt das Auto am Glas unter Wasser haften.

Copyright: CAU, Quelle: Stanislav Gorb und Naoe Hosoda

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse und Kommunikation, Dr. Boris Pawlowski, Text: Claudia Eulitz
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