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Bionik: Käferkleber klebt mit Wasser

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Einige Tiere können auf glatten Oberflächen laufen ohne herunterzufallen – zum Beispiel der Schildkäfer Hemisphaerota cyanea: Er nutzt die Oberflächenspannung vieler kleiner Wassertröpfchen, um nicht den Boden unter den Füßen zu verlieren. So kann er dem Hundertfachen seines eigenen Körpergewichts standhalten. Michael Vogel und Paul Steen von der Cornell University in Ithaca haben sich die Strategie des Käfers abgeguckt und ein Klebesystem entwickelt, das sich die nasse Bodenhaftung zu Nutze macht und bei Bedarf an- und abgeschaltet werden kann.

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Lego-Männchen | Das Klebeystem hält nicht nur sein eigenes Gewicht, sondern auch noch zusätzliches Ladegut.
Die Forscher nutzten die Oberflächenspannung des Wassers, um zwei Oberflächen mit Flüssigkeitsbrücken zu verbinden und sie so zusammenhalten. Das System der Bioingenieure besteht im Wesentlichen aus drei aufeinandergeschichteten Platten: Die unterste dient als Wasserreservoir. Ein elektrischer Pumpmechanismus in der zweiten Schicht presst die Flüssigkeit durch die Mikrometer großen Löcher der obersten Platte – auf der Oberfläche des Systems erscheinen winzige Tröpfchen. Diese vermitteln die Adhäsion zwischen dem System und einer zweiten Oberfläche – ähnlich der Klebkraft zwischen zwei nassen Glasplatten. Wird das Wasser zurückgepumpt, verliert das System die Haftung.

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Adhäsionssystem | Das System der Bioingenieure besteht aus drei aufeinandergeschichteten Platten: Die unterste dient als Wasserreservoir. Eine Pumpe in der zweiten Schicht presst die Flüssigkeit durch die Mikrometer großen Löcher der obersten Platte.

Je kleiner die Wassertropfen sind, desto größer ist die Haftung zwischen den Oberflächen. Doch genau darin besteht die technische Herausforderung: Die Löcher müssen so klein wie möglich sein. Derzeit haben sie einen Durchmesser von 150 Mikrometern – gerade genug, um ein Gewicht von 10 Gramm je Quadratzentimeter zu halten. Die beiden Forscher gehen aber davon aus, dass es denkbar ist, sie bis auf 0,1 Mikrometer zu verkleinern. Das käme dann einer Klebkraft von 13 Kilogramm pro Quadratzentimeter gleich – und einer praktischen Anwendung in der Zukunft nah. (pf)
5. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 5. KW 2010

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  • Quellen
Vodel, M. V., Steen, P. H.: Capillarity-based switchable adhesion. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 10.1073/pnas.0914720107, 2010.

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