Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Geldautomat schlägt zurück

11.04.2014

Heisser Schaum könnte Kriminelle künftig in die Flucht schlagen, wenn sie einen Geldautomaten beschädigen. ETH-Forscher haben eine Folie entwickelt, die bei Zerstörung heftig reagiert. Vorbild war ein Käfer, der Angreifer mit einer Gasexplosion vertreibt.

Sein Kopf und der Halsschild sind meist rostrot, das Hinterteil blau oder grün glänzend: Der etwa ein Zentimeter lange Bombardierkäfer kommt in Mitteleuropa häufig vor und wirkt auf den ersten Blick harmlos, doch er besitzt das wohl aggressivste chemische Abwehrsystem in der Natur.

Droht Gefahr, stösst der Bombardierkäfer mit einem Knall einen ätzenden Spray aus. Damit kann er Ameisen töten oder Frösche in die Flucht schlagen. Den Sprengstoff stellt der Käfer bei Bedarf selbst her. In einer Reaktionskammer am Hinterteil werden zwei getrennt lagernde Chemikalien vermischt und mit Hilfe von Enzymen zur Explosion gebracht.

«Wenn man sieht, wie elegant die Natur Probleme löst, merkt man, dass die technische Welt oft festgefahren ist», sagt Wendelin Jan Stark, Professor am ETH-Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften. Er und sein Team liessen sich deshalb vom Bombardierkäfer inspirieren und entwickelten einen chemischen Abwehrmechanismus, der Vandalismus verhindern soll – eine selbstverteidigende Oberfläche, die aus verschiedenen Kunststoffschichten sandwichartig aufgebaut ist.

Wird die Oberfläche beschädigt, spritzt dem Angreifer ein heisser Schaum ins Gesicht. Damit könnte man vor Vandalismus abschrecken oder wertvolle Güter schützen. «Überall dort, wo etwas nicht angefasst werden sollte, wäre ein Einsatz denkbar», sagt Stark. In Land- und Forstwirtschaft liesse sich beispielsweise verhindern, dass Tiere Bäume anknabbern.

Wie eine Sprengkapsel

Für ihre selbstverteidigende Oberfläche verwenden die Forscher Kunststofffolien mit einem Wabenmuster. Sie füllen die Hohlräume mit einer der zwei Chemikalien Wasserstoffperoxid oder Mangandioxid und kleben die Folien aufeinander. Eine Schicht Klarlack trennt die unterschiedlich gefüllten Folien. Bei einem Stoss zerbricht die Trennschicht. Wasserstoffperoxid und Mangandioxid mischen sich. Es kommt zu einer heftigen Reaktion, bei der Wasserdampf, Sauerstoff und Wärme produziert wird. Während beim Bombardierkäfer Enzyme als Katalysatoren wirken, erfüllt im Laborexperiment das Mangandioxid als kostengünstigere Variante diese Aufgabe.

Im Vergleich zum Käfer sei das Resultat der Reaktion in der Folie eher ein Schaum als ein Spray, schreiben die Forscher. Dies zeigen Filmaufnahmen in Zeitlupe. Auf Infrarotbildern ist zu sehen, dass der Schaum 80 Grad heiss wird. Wie in der Natur braucht es auch im Labor nur wenig mechanische Energie, um eine viel grössere Menge chemischer Energie freizusetzen, ähnlich wie bei einer Sprengkapsel oder einem elektrisch gezündeten Verbrennungszyklus in einem Motor.

Attacken auf Geldautomaten nehmen zu

Für den Schutz von Geldautomaten oder Geldtransporten könnte sich die neu entwickelte Folie besonders gut eignen, schreiben die Forscher in ihrem Paper, das im «Journal of Materials Chemistry A» erschienen ist. In den Geldautomaten lagern die Banknoten in Kassetten, die regelmässig ausgetauscht werden. Die Zahl der Attacken auf Geldautomaten stieg in den letzten Jahren, wie das «European ATM Security Team» in Edinburg berichtet. Im ersten Halbjahr 2013 wurden in Europa über 1000 Angriffe auf Geldautomaten gemeldet, wobei ein Verlust von 10 Millionen Euro entstand

Zwar gibt es bereits Schutzvorrichtungen, mit denen Geldräuber und Scheine besprüht werden können. Doch dies seien mechanische Systeme, erklärt Stark. «Ein Motörchen wird in Gang gesetzt, wenn es von einem Sensor einen Impuls erhält. Das braucht Strom, ist störanfällig und teuer.» Ziel seiner Forschungsgruppe sei, komplizierte Regeltechnik durch geschickte Materialien zu ersetzen.

Wertlose Geldscheine

Genau diese Aufgabe soll die selbstverteidigende Oberfläche erfüllen. Für den Schutz von Geldkassetten präparieren die Forscher die Folie mit dem Mangandioxid zusätzlich. Sie fügen einen Farbstoff und in Nanopartikel gehüllte DNA hinzu. Wird die Folie zerstört, tritt mit dem Schaum auch der Farbstoff aus und entwertet das Geld. Durch die ebenfalls freigesetzten DNA-Nanopartikel sind die Scheine zudem markiert, so dass ihr Weg zurückverfolgt werden kann. Laborexperimente mit 5-Euro-Banknoten zeigten, dass das Verfahren funktioniert. Und auch die Kosten seien vernünftig, schreiben die Forscher. Sie rechnen mit einem Preis von gut 40 Dollar pro Quadratmeter Folie.

Schon früher entwickelten die ETH-Forscher in einem ähnlichen Projekt eine mehrschichtige Schutzhülle für Saatgut, das normalerweise aufwändig chemisch behandelt wird. Die Forscher kopierten den Schutzmechanismus von Pfirsichen und anderen Früchten, die giftige Blausäure freisetzen, damit ihre Kerne nicht gefressen werden. Weizensamen werden mit Substanzen umhüllt, bei deren Reaktion ebenfalls Blausäure entsteht. Allerdings sind die Ausgangsstoffe in verschiedenen Schichten voneinander getrennt und reagieren erst, wenn ein Pflanzenfresser in den Samen beisst. «Die Natur imitieren und einfache Ideen mit High-Tech-Methoden umsetzen», so charakterisiert Stark die erfolgreiche Forschungsmethode.

Literaturhinweise

Halter JG, Cohrs NH, Hild N, Paunescu D, Grass RN, Stark WJ: Self-defending anti-vandalism surfaces based on mechanically triggered mixing of reactants in polymer foils. J. Mater. Chem. A, Online-Publikation 7.März 2014, DOI:10.1039/C3TA15326F

Halter JG, Chen WD, Hild N, Mora CA, Stoessel PR, Koehler FM, Grass RN, Stark WJ: Induced cyanogenesis from hydroxynitrile lyase and mandelonitrile on wheat with polylactic acid multilayer-coatings produces self-defending seeds, J. Mat. Chem. A, 2014, 2: 853-858, DOI: 10.1039/C3TA14249C.

Franziska Schmid | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht
18.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Pflanzen können drei Eltern haben
18.10.2017 | Universität Bremen

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: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik