Geckos sind geradezu inspirierend. Diese Reptilien sind nicht nur niedlich, farbenfroh und versiert im Verkauf von Kfz-Versicherungen - ihre Überklebrigkeit verwirrt die Menschen seit Jahrtausenden. Dank klebender Füße und gezielter Manipulation molekularer Bindungen können Geckos problemlos vertikale Wände besteigen und sogar kopfüber an Oberflächen hängen. Jetzt haben ihre klebrigen Gliedmaßen ein neues Gerät inspiriert, das helfen könnte (Menschen? Roboter? Möchte hier ein Nomen), Dinge mit dem Schalter eines Lichts aufzunehmen und fallen zu lassen.
Verwandte Inhalte
- Jetzt kann eine Person wie ein Gecko eine Wand hochkrabbeln
- Geckos können die Bewegung ihrer Zehenhaare steuern
- Warum Geckos nicht von nassen Dschungelblättern oder Hoteldecken rutschen
Die unglaublichen Kräfte der Geckofüße haben die Wissenschaftler bis vor etwa 15 Jahren mystifiziert. Zu diesem Zeitpunkt erfuhren die Forscher, dass diese Tiere die relativ schwache Kraft von Van der Waals ausnutzten, um sich an Oberflächen festzuhalten und sich mühelos zu entfernen. Im Gegensatz zu einer stärkeren Magnetkraft resultiert die Van-der-Waals-Kraft aus dem Ladungsungleichgewicht zwischen verschiedenen Molekülen, wodurch eine lockere Anziehungskraft entsteht. Durch die Verwendung von Millionen winziger Haare an den Füßen, von denen jedes in eine bestimmte Richtung weisen und von der Van-der-Waals-Kraft angezogen werden kann, können Geckos eine starke, aber auch reversible Haftkraft erzeugen.
Vor fünf Jahren verwendete der Zoologe der Universität Kiel, Stanislav Gorb, die Erkenntnisse über Geckohaar, um ein Silikonband herzustellen, das so stark ist, dass ein 64 Quadratzoll großes Stück davon problemlos einen Erwachsenen von der Decke hängen kann. Im Gegensatz zu normalem Klebeband kann es auch mehrmals gelöst und wieder angebracht werden, ohne an Klebrigkeit zu verlieren. Ende 2015 trug Gorbs Arbeit zur Kommerzialisierung von "Gecko Tape" bei. Obwohl das Produkt bislang nur in begrenztem Umfang Verwendung findet, ist es in einer Marke kanadischer Reithosen zu finden, die Reitern helfen, im Sattel zu bleiben, und hat mit PayPal-Gründer Peter Thiel einen begeisterten Investor gefunden.
Aber herauszufinden, was Geckofüße so klebrig machte, löste nur die Hälfte des Problems.
"Tiere binden nicht nur, sondern lösen sich auch durch die Verwendung dieser adhäsiven Strukturen", sagt Emre Kizilkan, Ph.D. Student der Werkstofftechnik an der Universität Kiel. Alles, was Geckos tun müssen, ist, ihren Fuß oder auch nur die Haare selbst anders zu winkeln, und der Fuß hebt sich zum Beispiel ab. Kizilkan arbeitete unter Gorb und wollte die Muskelbewegungen, die Geckos benutzten, um ihre Klebrigkeit zu kontrollieren, durch eine Art „Schalter“ ersetzen, den Menschen leicht ausnutzen konnten. Ihre Lösung: Licht.
Schließlich ist Licht eine kostenlose, saubere Energiequelle, die sich aus der Ferne problemlos steuern lässt. Dies macht es "sehr geeignet für präzise Mikromanipulation", sagt Kizilkan.
Mit dem bereits im Handel erhältlichen Gecko-Klebeband befestigte Kizilkan das Klebeband an einem Film aus flüssigkristallinen Elastomeren - einer Substanz aus Polymerketten, die sich bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht ausdehnen. Die Dehnung zieht die künstlichen Geckobandhaare in eine Position, in der sie ihre Anziehungskraft verlieren. Das Band löst sich dann von allem, woran es festhielt, wie in einem in der letzten Woche in der Fachzeitschrift Science Robotics veröffentlichten Artikel festgestellt wurde.
Unter UV-Licht verändert sich die Molekülstruktur des Geräts der Forscher und das Gecko-Klebeband wird vom daran befestigten Gegenstand abgebogen. (Emre Kizilkan und Jan Strueben / Science Robotics) In den von den Forschern erstellten Videos konnte ihr "bioinspiriertes photokontrollierbares mikrostrukturiertes Transportgerät" (BIPMTD) Glasplatten und sogar Reagenzgläser aufnehmen und diese nach Bestrahlung mit UV-Licht problemlos fallen lassen.
"Dieses Material kann zwei Dinge zusammen tun", sagt Kizilkan: sowohl Stick als auch Release. Er sieht lichtaktiviertes Geckoband als Segen für schwierige Laborarbeiten, industrielle Fertigung und möglicherweise sogar für den Transport von Materialien durch Roboter. Als Beispiel könnte es verwendet werden, um giftige Chemikalien in einem Reagenzglas zu transportieren und sicher in einem anderen Bereich abzulegen, ohne dass menschliche Hände beteiligt sind. Oder es könnte jemandem ermöglichen, eine Wand nur mit Gecko-Klebeband und einem Licht zu skalieren. Rettungsroboter könnten eines Tages mit der Technologie in beschädigte Gebäude klettern und Menschen retten.
Die Mitarbeiterin Anne Staubitz, Biochemikerin an der Universität Bremen, hofft, in Zukunft daran arbeiten zu können, das BIPMTD so zu modifizieren, dass es längere, weniger schädliche Lichtwellenlängen verwendet, und hoffentlich in den nächsten Jahren ein Produkt entwickeln zu können.
Der Ingenieurforscher der Stanford University, Mark Cutkosky, der nicht an dieser Forschung beteiligt war, erinnert sich daran, dass er eine von Geckos inspirierte Haftung beobachtet hat, die durch magnetische, elektrostatische und andere Kräfte gesteuert wird, aber dies ist die erste Anwendung von Licht, die er gesehen hat. Er mag die neue Entwicklung und die damit verbundenen Potenziale. Er würde jedoch gerne weitere Tests der Lebensdauer des BIPMTD sehen und wissen, wie gut es auf die großen Kräfte und Gewichte, die in der Robotik und Fertigung zum Einsatz kommen würden, skaliert werden kann.
Aaron Parness, ein Roboterforscher des NASA Jet Propulsion Laboratory, hat bei der Entwicklung einer von Geckos inspirierten Greiftechnologie geholfen, mit der Astronauten Sensoren montieren und ohne sperrige Gurte über Raumfahrzeuge laufen können. Parness ist sich mit Cutkosky in den Herausforderungen einig, die das BIPMTD bewältigen müsste.
"Vor zehn Jahren dachten wir alle, dass die Herstellung des von Geckos inspirierten Materials die größte Herausforderung war - und es war eine sehr große Herausforderung -, aber in den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass die Mechanismen, mit denen wir die Vorteile des von Geckos inspirierten Materials nutzen, eindeutig sind Die Materialeigenschaften sind ebenfalls eine große Herausforderung ", sagt Parness, der an dieser Forschung nicht beteiligt war. "Es ist ein weiteres System, mit dem wir das große Potenzial der von Geckos inspirierten Klebstoffe ausschöpfen können."
