Seehunde, Wale und Walrosse tummeln sich glücklich im kühlen Meerwasser - warm gehalten von einer dicken Speckschicht. Seeotter sind vergleichsweise schlank, auch wenn sie gerne durch Gewässer fahren. Der Grund? Ihre prächtigen Pelzmäntel. Der dicke Flaum ist ungefähr 1.000-mal dichter als menschliches Haar und kann Luftblasen einschließen, die die Otter in kaltem Wasser isolieren.
Aber bis jetzt hatte noch niemand tief in die Mechanik des Pelzes geschaut. Ein Forscherteam des MIT untersuchte kürzlich die Eigenschaften von Otter- und Biberfellen und hoffte, seine verschwommenen Geheimnisse zu lüften. Ihre in der Fachzeitschrift Physical Review Fluids veröffentlichten Ergebnisse könnten als Leitfaden für neue bioinspirierte Materialien dienen, darunter warme, pelzige Neoprenanzüge.
„Wir sind besonders an Surfanzügen interessiert, bei denen sich der Athlet häufig zwischen Luft und Wasser bewegt“, heißt es in einer Pressemitteilung von Anette (Peko) Hosoi, leitende Autorin der Studie und Forscherin für Maschinenbau am MIT. "Wir können die Länge, den Abstand und die Anordnung der Haare steuern, wodurch wir Texturen entwerfen können, die bestimmten Tauchgeschwindigkeiten entsprechen und den trockenen Bereich des Neoprenanzugs maximieren."
Hosoi sagt, das Projekt sei von einem Besuch in Taiwan mit einer Gruppe von Studenten inspiriert worden. Sie besuchten einen Sportartikelhersteller, der Neoprenanzüge herstellte, und das Unternehmen fragte die Schüler, ob sie Ideen für nachhaltige oder biologisch inspirierte Materialien oder Verbesserungen für bessere Anzüge hätten. Zuhause beauftragte Hosoi die Doktorandin Alice Nasto mit Brainstorming-Lösungen. Nasto erkannte, dass das Fell von Halbwassersäugetieren möglicherweise für das Problem relevant ist, aber noch niemand hatte sich mit der Mechanik ihrer Felle befasst.
Die Forscher fanden heraus, dass längere Schutzhaare Wassertröpfchen einfangen und sie daran hindern, in das Fell des kürzeren Unterfells zu rutschen, in dem sich Lufteinschlüsse befinden, die die Haut des Otters isolieren, berichtet Weston Williams für The Christian Science Monitor . Um die Idee zu testen, stellten sie pelzähnliche Oberflächen mit Tausenden von weichen Gummihaaren her, die Otter- oder Biberpelz imitierten. Anschließend montierten sie die haarigen Oberflächen auf einer motorisierten Bühne und tauchten sie in Silikonöl ein, um zu untersuchen, wie sich die Dichte der Haare auf die Bildung von Lufteinschlüssen auswirkte. Es stellte sich heraus, dass je dichter das Haar und je schneller das Material eingetaucht war, desto mehr Luft eingeschlossen war. Das Team konnte diese Beziehungen laut Pressemitteilung als Gleichung ausdrücken.
Die Erkenntnisse könnten das Design von Neoprenanzügen revolutionieren. "Gegenwärtig werden Neoprenanzüge aus schweren Neoprengummimaterialien hergestellt", sagt Nasto gegenüber Williams. „Interessanterweise ist Luft zehnmal isolierender als Neoprengummi. Wenn Sie also einen Anzug aus einem Textil herstellen könnten, das die gleiche Luftdicke wie ein typischer Gummianzug einschließt, wäre er zehnmal so isolierend und außerdem leichter. “
Diese Forschung könnte jedoch viel breitere Anwendungen haben. Die Gleichung, die diese Beziehung beschreibt, könnte für Herstellungsprozesse wie das industrielle Tauchbeschichten nützlich sein und Forschern dabei helfen, zu berechnen, wie lange ein Objekt eingetaucht werden muss, bevor es beginnt, Luft einzufangen.
Es ist nicht ganz klar, wie die Haare auf einen Neoprenanzug aufgebracht werden könnten, aber die Forscher denken darüber nach. "Natürlich könntest du einen sehr haarigen Neoprenanzug machen, der aussieht wie Cookie Monster und der wahrscheinlich die Luft einschließt", sagt Hosoi in der Pressemitteilung. "Aber das ist wahrscheinlich nicht der beste Weg, dies zu tun."
