Spiderman

Joschi71 via Wikimedia Commons

Forscher der Universität Massachusetts haben einen Klebstoff entwickelt, der so stark ist, dass ein postkartengroßes Stück ein Gewicht von bis zu 300 kg halten kann.

Die Forscher haben sich dabei vom Gecko, einer Art Eidechse, inspirieren lassen, der auf glatten Flächen selbst mit dem Kopf nach unten klettern kann. Diese Fähigkeit verdanken die Reptilien der Struktur ihrer Füße.

Feine Fußhärchen helfen beim Haften auf glatten Flächen

Die Gecko-Füße enthalten nämlich Millionen kleiner Fußhärchen, „Setae“ genannt, die biegsam sind und einen engen Kontakt mit der Oberfläche ermöglichen. Wenn die Härchen auf die Oberfläche gedrückt werden, wirken Kräfte zwischen den Molekülen der Oberfläche und denen des Gecko-Fußes. Diese Kräfte sind zwar nicht sehr stark, erzeugen jedoch eine starke Haftwirkung. Denn selbst, wenn die einzelne Wechselwirkung schwach ist, wird die Wirkung durch die große Anzahl der Setae auf den Füßen des Tieres vervielfacht.

Das bedeutet, dass schon durch eine winzige Änderung des Winkels, in dem sich Härchen und Oberfläche berühren, die Härchen abgelöst werden, ohne Spuren zu hinterlassen. Und dieser Vorgang kann unendlich oft wiederholt werden.

Gecko-Füße im Labor nachahmen

Zahlreiche Forscher haben versucht, die Mikrostruktur der Gecko-Füße nachzuempfinden. Dafür verwendeten sie synthetische Setae (auf Grundlage von Polymeren), die die Funktionsweise der natürlichen Setae nachahmen.

An der Universität Stanford arbeitet Elliot Hawkes mit einem Team von Ingenieuren daran, diese Technologie für Kletter-Handschuhe zu verwenden (etwa so wie die, die Tom Cruise in Mission Impossible 4 verwendet, um den Burj Khalifa emporzuklettern).

„Wenn die Handschuhe die Oberfläche zum ersten Mal berühren, kommen nur die Spitzen (der Setae) in Kontakt mit der Fläche, und es klebt nicht“, erklärte Eric Eason, der angewandte Physik in Stanford studiert. „Aber sobald eine Kraft einwirkt, flachen die Setae ab und kommen in Kontakt mit der Fläche, und das schafft die Haftkraft.“

Dieser Kleber kann also auf Kommando aktiviert und deaktiviert werden, und das mit wenig Energieverlust. Es reicht, die auf das System einwirkende Kraft wegzunehmen, und sofort löst sich die Haftung, ohne Spuren zu hinterlassen.

Diese Klettertechnik könnte beim Militär eingesetzt werden, oder etwa von Feuerwehrleuten, die beispielsweise Menschen bei einem Brand retten müssen.

„Trockene“ Haftwirkung

Hafttechniken, die „sauber“ kleben, werden auch „trocken“ genannt, weil keine Substanz (wie Klebstoff) zwischen den Flächen aufgebracht werden muss, die zusammengefügt werden sollen, damit sie aneinanderhaften. Die Haftung entsteht durch eine umkehrbare chemische Wechselwirkung zwischen den Molekülen der zwei Oberflächen. In diesem Fall ist es die schwache Van der Waals-Kraft.

Es könnten jedoch auch andere umkehrbare chemische Wechselwirkungen eingesetzt werden, um dasselbe Ziel zu erreichen – nicht unbedingt, um Mauern emporzuklettern, sondern auch für andere Anwendungen. Ein weiteres Beispiel ist die Diels-Alder-Reaktion. Sie ermöglicht starke Wechselwirkungen zwischen Molekülen (kovalente Bindungen), die durch einfaches Erhitzen gelöst werden können. Anton Manakhov konnte im Rahmen seiner Doktorarbeit am Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) zeigen, dass mit dieser Reaktion eine starke, aber umkehrbare Haftwirkung erreicht werden kann.

Da die Wechselwirkungen so stark sind, müssen keine Härchen auf die Oberfläche aufgebracht werden, um eine starke Haftwirkung zu erreichen. Es genügt, die Funktionen auf der Oberfläche zu erzeugen, die die chemischen Bindungen eingehen können. Am LIST wurde dies erreicht durch Plasmapolymerisation unter Atmosphärendruck. Diese Technik kann in der Industrie problemlos für größere Mengen eingesetzt werden, was das Verfahren interessant für die Entwicklung von alltagstauglichen Klebstoffen macht.

Autorin: Lilia Hassouna
Editorin: Michèle Weber (FNR)
Foto: Joschi71 über Wikimedia Commons

Lilia Hassouna hat einen Doktortitel in Chemie der Universität Luxemburg. Im Rahmen ihrer Tätigkeit am Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) arbeitete sie an der Veränderung von Oberflächen durch Techniken wie die Plasmapolymerisation. Im Fokus ihrer Forschungen stand die Untersuchung der chemischen Reaktionen an der Schnittstelle zwischen Feststoff und Flüssigkeit.

Foto: Lilia Hassouna

Forschung ist überall und sie richtet sich an jeden! Alle Forscher*innen und Wissenschaftler*innen in Luxemburg sind aufgerufen, den Beweis dafür zu liefern, indem sie sich an diesem Wettbewerb für allgemeinverständliche Wissenschaftskommunikation beteiligen, der vom Projekt Doctoral Education in Science Communication (DESCOM) der Universität Luxemburg in Zusammenarbeit mit science.lu organisiert wurde.

Er bietet allen Wissenschaftler*innen die Gelegenheit, ihre Fähigkeiten in Wissenschaftskommunikation zu testen, indem sie einen allgemeinverständlichen Artikel über ein Forschungsgebiet verfassen.

Für die Ausgabe 2021 konnten die Artikel über Wissenschaft und Forschung in Luxemburg bis zum 31. Juli 2021 auf Englisch, Französisch, Deutsch oder Luxemburgisch eingereicht werden. Die Artikel der Gewinner werden auf science.lu veröffentlicht.

Mehr Informationen zum Wettbewerb in diesem Jahr gibt es hier.

Infobox

Quellen
  1. Hawkes, E. W., Eason, E. V, Christensen, D. L. & Cutkosky, M. R. Human climbing with efficiently scaled gecko-inspired dry adhesives. J. R. Soc. Interface 12, 20140675 (2015).
  2. Bartlett, M. D. et al. Looking Beyond Fibrillar Features to Scale Gecko-Like Adhesion. Adv. Mater. 24, 1078–1083 (2012).
  3. Manakhov, A “Towards the thermally reversible adhesion between metallic and polymeric surfaces functionalized by atmospheric plasma polymerization and gas phase reactions”, PhD thesis, university of Namur (Belgium), 2012.

Auch interessant

Weihnachtsexperiment Bastele einen Stern mit Zahnstochern!

Mit diesem kleinen Science-Trick könnt ihr die Gäste auf eurem Weihnachtsessen begeistern!

FNR
pH-Indikator Unterscheide Säuren und Laugen mit Hilfe von Rotkohlsaft

Chemiker nennen Stoffe wie Rotkohlsaft Indikator. Indikatoren ermöglichen es festzstellen, ob eine Flüssigkeit eine Säu...

Psychologesch Wierkung bei Faarwen Wierkt gréng wierklecht berouegend a mécht rout aggressiv?

All Faarf gëtt eng besonnesch psychologesch Wierkung op Mënschen zougeschriwwen. Wat ass drun un där Thees, a wat stécht...

FNR

Auch in dieser Rubrik

Carte blanche Nobelpräiss fir Klimawandel-Modellisatiounen: Keng Zäit méi fir ze zweiwelen

A sénger Carte Blanche op RTL geet de Marc Schiltz, Physiker a Generalsekretär vum Fonds National de la Recherche (FNR) op den Nobelpräiss fir Klimamodellisatiounen an.

FNR
social distancing
SOCIAL BEHAVIOR IN TIMES OF PANDEMIC Survey: What is our average daily contact with others?

How do our social interactions and contact patterns change during the pandemic? Take part in this survey and help researchers to find out.

FNR, LNS
Social distancing
Sozialverhalten in Zeiten der Pandemie Umfrage: Wie viele Kontakte haben wir im Durchschnitt pro Tag?

Wie verändern sich unsere sozialen Interaktionen und Kontaktmuster im Laufe der Coronavirus-Pandemie? Mach mit bei der Umfrage und hilf Forschern aus Luxemburg dabei, das herauszufinden.

FNR, LNS