Direkt zum Inhalt

Bionik: Mit Facetten sieht man besser

Den vollen Rundumblick verspricht ein synthetisches Kunststoffauge, das selbst unter dem Mikroskop einem echten Insektenauge zum Verwechseln ähnlich sieht. Und dabei ist es relativ einfach herzustellen - die schwierigsten Prozesse übernimmt das Material selbst.
Künstliches InsektenaugeLaden...
Wer auf vieler Feinde Speiseplan steht, sollte seine Augen überall haben. Gemäß dieser Maxime haben Insekten einen optischen Apparat entwickelt, mit dem sie vorne und hinten zugleich im Blick haben und Blumen, Beute sowie Bewegungen in der Nähe blitzschnell erkennen können: das Facettenauge. Es setzt sich aus hunderten oder tausenden einzelner Einheiten – so genannter Ommatidien – zusammen, die gemeinsam ein Bild von der Umgebung liefern. Ein wahres Wunderwerk der Natur, das mit seinen winzigen Ausmaßen die technische Optik des Menschen wie grobes Glaszeug wirken lässt.

Doch der Mensch ist ehrgeizig und mitunter raffiniert. Glaubte man lange Zeit, es sei praktisch unmöglich, ein künstliches Facettenauge zu bauen, so ist nun genau dies Wirklichkeit geworden. Die Bioniker Ki-Hun Jeong, Jaeyoun Kim und Luke Lee von der Universität von Kalifornien in Berkeley haben erstaunlich präzise Komplexaugen entwickelt, die den natürlichen Vorbildern weit gehend ähneln – selbst unter dem Mikroskop.

Vielleicht am überraschendsten an der Arbeit der drei Wissenschaftler ist jedoch der Umstand, wie simpel das filigrane Produkt herzustellen ist – wenn man weiß, wie es geht. Die Aufgabe besteht immerhin darin, Linsen von etwa 25 Mikrometern – tausendstel Millimetern – Durchmesser zu produzieren, an welche sich ein Lichtleiter von bis zu 300 Mikrometern Länge anschließt. Die relative Anordnung zueinander muss dabei so präzise sein, dass möglichst kein Licht verloren geht. Hat man mehrere tausend dieser künstlichen Ommatidien beisammen, müssen sie so ausgerichtet sein, dass sie ihr Licht geordnet auf einen Detektor zulenken. Wer sich für eine Fete einmal die Mühe gemacht hat, einen Käseigel gleichmäßig zu bestücken, kann sich vorstellen, welche Schwierigkeiten das im Maßstab 1:10 000 macht.

Optische HalbkugelLaden...
Optische Halbkugel | 8370 künstliche Lichtsammler bilden eine Halbkugel mit 2,5 Millimetern Durchmesser.
Lees Team wählte darum einen leicht abgewandelten Weg. Sie begannen mit der Konstruktion des Gesamtauges und ließen das Licht anschließend seine eigenen Leiterbahnen bohren. Dazu erstellten sie mit dem vorhandenen Handwerkszeug der Mikrotechnologie eine honigwabene Schicht von winzigen Linsen, die sie mit einem elastischen Polymer überzogen. Die Linsen drückten sich in dem Kunststoff ab, der daraufhin mit einem Unterdruck in die gewünschte Halbkreisform gezogen wurde. Das war die Form, in welcher eine beliebige Zahl von Kunstharzabgüssen gemacht werden konnte.

Sehende HonigwabenLaden...
Sehende Honigwaben | Die Mikrolinsen des synthetischen Facettenauges sind wie beim natürlichen Vorbild hexagonal angeordnet.
Der entscheidende Trick in der weiteren Produktion war die Art und Weise, wie das Harz aushärtete. Als Inititator des Prozesses diente ultraviolettes Licht, das mit einer konventionellen großen Linse auf den Rohling gelenkt wurde. An jeder seiner Erhebungen brach sich das Licht wie an einer Mikrolinse und fokussierte sich in dem Harz von selbst. Durch die Einstrahlung polymerisierte das Material, änderte seinen Brechungsindex und bildete eine Art Lichtleiter, der exakt zur Geometrie der jeweiligen Mikrolinse passte. Die Forscher mussten anschließend nur noch das nicht belichtete Harz thermisch auf andere Weise vernetzen und den erreichten Zustand so fixieren.

Kunstauge im QuerschnittLaden...
Kunstauge im Querschnitt | Der Schnitt durch das künstliche Komplexauge zeigt die Ähnlichkeit mit echten Insektenaugen. Für jedes Teilsystem sammelt eine Linse das Licht und lenkt es durch einen länglichen Lichtleiter.
Das Ergebnis ist ein Komplexauge aus 8370 Einzellinsen mit jeweils 25 Mikrometern Durchmesser und einem individuell angepassten Lichtleiter von 150 bis 300 Mikrometern Länge – technische Daten, die ziemlich genau einem Bienenauge entsprechen, das allerdings lediglich bis zu 4900 Ommatidien umfasst.

Was den künstlichen Augen noch fehlt, ist der Rezeptor am Ende des Lichtleiters. Hier denken die Wissenschaftler an elektronische CCD-Sensoren, wie sie auch in Digitalkameras verwendet werden. Oder an Spektroskope, die das einfallende Licht in seine Wellenlängenbestandteile zerlegen und so analysieren können.

Mit der Optik liegt jedenfalls der schwierigste Teil einer Mikrokomplexkamera vor. Sobald das ganze Gerät fertig ist, wird es in einer Vielzahl von Gebieten für neue Einblicke sorgen. In der Medizin könnte es beispielsweise Bilder von Bereichen aus dem Körperinneren liefern, die für gewöhnliche Endoskope einfach zu eng sind. Mit seinem Rundumblick bietet es sich für Überwachungsaufgaben an, und natürlich hat das Militär ganz eigene Ideen, wo es gerne hinschauen möchte. Facettenaugen erledigen ihre Arbeit eben bei friedlichen Eintagsfliegen wie bei räuberischen Wespen. Da hilft zur Not nur ein gezielter Hieb mit der zusammengerollten Zeitung – dann ist die Privatsphäre wiederhergestellt.
29.04.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 29.04.2006

Lesermeinung

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Leserzuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Leserzuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmer sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Lesermeinungen können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Partnervideos