Biomimetisches Tarnen
Ein weicher Roboter in Seesternform kriecht, wechselt die Farbe und lässt abgeschnittene Gliedmaßen wieder anwachsen.
Die Eigentarnung ist eine der bemerkenswertesten Fähigkeiten in der Natur. Materialwissenschaftler:innen haben nun mit einem weichen Material die ungewöhnlichen Tarnfähigkeiten von Meeresweichtieren nachbilden können. Der Roboter in Seesternform reagiert auf Wärme und Druck mit Deformation und Farbwechsel. Abgeschnittene Arme werden nahtlos wieder angesetzt, und sein Material lässt sich vollständig recyclen, heißt es in der Studie, die in der Zeitschrift Angewandte Chemie erschienen ist.
Kraken, Quallen, Seesterne und Tintenfische können sich tarnen, indem sie rasch ihre Form anpassen oder die Farbe des Untergrunds annehmen. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Quan Li von der Southeast University in China hat nun ein weiches Material hergestellt, das diese Fähigkeit nachahmen kann. Als Grundmaterial wählten sie ein flüssigkristallines Elastomer. Solche Materialien ändern bei verschiedenen Temperaturen ihre Phase: Beim Erwärmen verlieren die Flüssigkristallmoleküle ihre Anordnung und das Teilstück schrumpft.
Diesen Schrumpfeffekt nutzten die Forschenden, um ihren Roboter „kriechen“ zu lassen. Dafür gossen sie das polymere Material in die Form eines Seesterns und fügten in die Unterseite eines der Arme einen Infrarot-empfindlichen Farbstoff ein. Diese Stelle zog sich beim Erwärmen unter Nahinfrarot durch einen photothermischen Effekt zusammen und dehnte sich beim Abkühlen wieder aus. Da nur ein Arm diesen äußeren Reiz erhielt, schob sich der Seestern vom Fleck wie von einer Raupe geschoben.
Der Seestern-Roboter änderte auch seine Farbe: In das Polymer war ein Quervernetzer eingebaut: ein Molekül, das Polymerstränge miteinander verbindet. Das hier verwendete dynamische kovalente Quervernetzersystem besaß jedoch eine „Sollbruchstelle“. Beim Erhitzen und unter Druck trennten sich die Molekülteile, und das zuvor gelbliche Farbmolekül wurde rot. „Wie der natürliche Tarneffekt eines Seesterns,“ meinten die Autor:innen.
Schließlich bewies er auch Selbstheilungs- und sogar Recyclingqualitäten. Die Forschenden konnten einen Arm ihres Seestern-Roboters abschneiden und beim Erwärmen eine vollständige Heilung beobachteten. Das gleiche geschah auch beim Zerschneiden in viele Einzelteile. Neu in Form gegossen, entstand ein neuer Seestern mit intakten Eigenschaften.
Der Schlüssel zu der mehrfachen Adaptionsfähigkeit war das Quervernetzermolekül, chemisch gesehen ein Tetraarylsuccinonitril, das mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllt, erklären die Autor:innen. Es diente gleichzeitig als Chromophor (als lichtabsorbierender Farbstoff) und Netzwerkgeber in einem dynamischen kovalenten Netzwerk. Solche integrierten Materialien mit thermo- und mechanochromen Eigenschaften (Farbänderung durch Wärme und Druck) ließen sich für biomimetische Roboter, Sensoren und künstliche Tarnung verwenden, schlagen die Autor:innen vor.
Angewandte Chemie: Presseinfo 41/2021
Autor/-in: Quan Li, Southeast University (China), http://www.quanlilab.com/
Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany
Die “Angewandte Chemie” ist eine Publikation der GDCh.
Originalpublikation:
https://doi.org/10.1002/ange.202115755
Weitere Informationen:
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie
Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.
Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.
Neueste Beiträge
Quantenkommunikation: Effiziente Ansteuerung von Diamant-Qubits mit Mikrowellen
Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben zum ersten Mal in Deutschland gezeigt, wie sogenannte Zinn-Fehlstellen in Diamanten sehr exakt mit Mikrowellen kontrolliert werden können. Diese Defekte haben besondere…
Wenn Ionen zum Katalysator wandern
Neue Einblicke in die Solvatationskinetik an Oberflächen. Die Abteilung Interface Science des Fritz-Haber-Instituts hat weitere Fortschritte im Verständnis der Solvatation von Ionen an Grenzflächen gemacht, wie in ihrer neuesten Veröffentlichung…
Alte Herzen vor der Transplantation stärken
Studie untersucht Wirkung von Senomorphika zum Schutz von Spenderherzen. Anlässlich des Weltherztages am 29. September. Wie die Funktion von Spenderherzen älterer Menschen bei einer Transplantation optimal erhalten werden kann, will…