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- Wissenschaftler können dieses von Geckos inspirierte Greifgerät mit einem Lichtblitz ein- oder ausschalten
Ein hübscher Tokay-Gecko. Foto: Ethan Knapp und Alyssa Stark
Jeder, der in einem tropischen Land lebt oder es besucht hat, ist wahrscheinlich mit dem Zwitschern des Geckos vertraut. Diese freundlichen kleinen Echsen bewohnen Häuser und Dschungel, die sich von Indonesien über Tansania bis in die Dominikanische Republik erstrecken. Sie tauchen nach Sonnenuntergang auf, nutzen das 350-mal stärkere Nachtsichtvermögen eines Menschen und sind in Privathäusern und Hotels gern gesehene Gäste, da sie Mücken und andere Insektenschädlinge verschlingen.
Neben den Einheimischen lieben Wissenschaftler auch diese farbenfrohen Echsen. Geckos besitzen die einzigartige Fähigkeit von Echsen, flache Wände hochzulaufen und über Decken zu huschen, selbst wenn die Oberfläche sehr glatt ist. Forscher haben über diese Fähigkeit jahrelang gerätselt, und Dutzende von Labors haben die Gecko-Haftung getestet, um diese Supermacht für den potenziellen Einsatz in allen Bereichen, von der Robotik über die Weltraumtechnologie bis hin zur Medizin und dem „Geckoband“, nutzbar zu machen.
Wie sich herausstellt, enthalten die Gecko-Zehen haarähnliche Strukturen, die eine multikontakte Grenzfläche bilden, was bedeutet, dass Geckos mit Tausenden von winzigen Klebestrukturen greifen und nicht mit einem einzigen einheitlichen Fuß.
Das Verständnis der Forscher, wie Geckofüße mit Oberflächen in ihrer natürlichen Umgebung interagieren, bleibt jedoch lückenhaft, insbesondere bei trockenen und nassen Bedingungen. Wissenschaftler wissen, dass Gecko-Zehenpolster superhydrophob oder wasserabweisend sind, Geckos jedoch ihre Fähigkeit verlieren, sich an Glas zu halten, wenn es nass wird. Warum stoßen sie nicht einfach das Wasser ab und klammern sich an die Glasoberfläche darunter? Ebenso fragen sich Wissenschaftler, wie Geckos bei Regenstürmen mit nassen Blättern im Wald umgehen.
Eine neue Veröffentlichung in Proceedings der National Academy of Sciences untersucht diese Rätsel. Die Autoren beschlossen, den Gecko-Griff auf einer Reihe von nassen und trockenen Materialien zu testen, die Wasser anziehen und abweisen. Für ihre Experimente statteten sie sechs Tokay-Geckos mit Geckogeschirren aus. Sie platzierten die Geckos auf vier verschiedenen Materialien wie Glas, Kunststoff und einer Substanz, die wachsartige tropische Blätter imitieren soll. Nachdem die Eidechsen etwas Zeit hatten, sich an ihre neue Umgebung zu gewöhnen, übten die Forscher einen gleichmäßigen Zugdruck auf die Gurte der Geckos aus und zogen in die entgegengesetzte Richtung, in der die Tiere gingen. Schließlich konnten sich die Geckos nicht mehr festhalten und verloren den Halt. Dies ermöglichte es dem Team, die zum Verdrängen der Tiere erforderliche Adhäsionskraft zu messen. Sie wiederholten die gleichen Versuche auch unter sehr nassen Bedingungen.
Die Autoren stellten fest, dass Materialien, die „benetzbarer“ sind - ein Hinweis darauf, inwieweit eine Oberfläche Wassermoleküle anzieht -, umso weniger Kraft erforderlich sind, um die Griffe der anhaftenden Geckos zu lösen. Glas hatte die höchste Benetzbarkeit der von den Forschern getesteten Oberflächen, und Geckos rutschten im Vergleich zu trockenem Glas leicht von nassem Glas ab. Wenn das Material nass wird, bildet Wasser einen dünnen, attraktiven Film, der verhindert, dass die winzigen Zehenhaare des Geckos mit der Oberfläche in Kontakt kommen.
Die geringe Benetzbarkeit von wachsartigen Blättern ermöglicht es Geckos hingegen, auch bei Regenstürmen einen festen Halt zu finden, da die Blätter Wasser aktiv abweisen. Die Forscher fanden heraus, dass Geckos unter nassen und trockenen Bedingungen auf der blattähnlichen Oberfläche gleich gut abschnitten.
Wie die Geckos mit Oberflächen interagieren, hängt von einer thermodynamischen Theorie der Adhäsion ab, so die Autoren. Diese Merkmale werden durch die Van-der-Waals-Kraft oder die Summe attraktiver und abstoßender Wechselwirkungen zwischen Gecko-Zehen und den Eigenschaften der Oberflächen bestimmt, mit denen sie in Kontakt kommen. Solange diese anziehenden Kräfte mithalten, haben Geckos das Glück, die Oberfläche, mit der sie in Kontakt kommen, in den Griff zu bekommen, unabhängig davon, ob sie nass oder trocken ist.
Anhand unserer Ergebnisse der Ganztierhaftung stellten wir fest, dass feuchte Oberflächen, die selbst schwach sind, dem Gecko-Haftsystem ermöglichen, auch für das Anhaften und die wahrscheinliche Fortbewegung funktionsfähig zu bleiben.
Unsere Ergebnisse deuten auf eine Vielseitigkeit des Gecko-Klebstoffsystems hin, die bisher nicht berücksichtigt wurde und interessante evolutionäre, ökologische und verhaltensbezogene Vorhersagen in Frage stellt.
Die Autoren geben nicht nur Aufschluss darüber, wie Gecko-Anpassungen den Echsen helfen, mit ihrer natürlichen Umgebung umzugehen, sondern sind auch der Meinung, dass ihre Ergebnisse zur Entwicklung neuer synthetischer Geckoroboter beitragen könnten, die die Achillesferse aus nassem Glas von Geckos überwinden und möglicherweise zur Reinigung von Wolkenkratzern nützlich sind Fenster öffnen, mutmaßliche Terroristen ausspähen oder einfach eine schwer zugängliche Glühbirne auswechseln.
