Pilzköpfe gegen Glaskügelchen
Inzwischen gibt es bereits einige nach diesem Prinzip konstruierte Materialien, die der Haftkraft der Geckos zumindest nahekommen. Eines aber fehlt ihnen noch: “Kein synthetisches Gecko-Haftmaterial hat es bisher geschafft, auch nach einer Verschmutzung noch so gut zu kleben wie sein natürliches Vorbild”, konstatieren Yigit Mengüç von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh und seine Kollegen. Denn die Selbstreinigungskraft der Geckofüße sorgt dafür, dass diese schon nach vier bis acht Schritten wieder bis zu 80 Prozent ihrer vorherigen Klebkraft wiedergewinnen. Die Forscher haben das Prinzip hinter dieser Selbstreinigungskraft nun anhand eines künstlichen Gecko-Haftmaterials näher untersucht und dieses so optimiert, dass es in Haftkraft und Reinigung dem natürlichen Vorbild näher kommt als alle bisherigen Versuche.
Für ihre Versuche nutzten die Forscher elastische Kunststoffläppchen aus Polyurethan, deren Oberfläche mit pilzförmigen Mikrostrukturen besetzt war. Diese Mikrostrukturen kommen in ihren Adhäsionseigenschaften den Haftstrukturen der Geckofüße relativ nahe, wie vorherige Versuche bereits gezeigt hatten. Zu Beginn der Tests prüften die Forscher zunächst die Haftkraft von Kunststofflappen mit Pilzköpfen von 20, 309 und 95 Mikrometer Kopfdurchmesser auf einer Glasplatte. Anschließend wurden die Läppchen verschmutzt: Eine Apparatur drückte sie kurz auf eine Glasplatte, die mit meiner Lage von Glaskügelchen bedeckt war, je nach Test hatten diese eine Größe von drei bis 215 Mikrometern. Als Folge blieben einige Kügelchen an der Lappenoberfläche haften. Dann folgte der entscheidende Test: Die Forscher prüften, wie gut die Haftlappen direkt nach der Verschmutzung klebten. Dann gaben sie den Lappen eine Chance zur Selbstreinigung: Sie klebten sie kurz auf eine saubere Glasplatte und zogen diese dann leicht seitlich weg. Nach jedem Schritt untersuchten sie, wie viele Kügelchen noch in der Struktur festhingen und wie gut die Haftkraft war.
Sauber nach acht Schritten
Das Ergebnis: “Unsere synthetischen Gecko-Haftmaterialien zeigten eine deutlich bessere Selbstreinigungskraft als bisherige Geckokleber”, konstatieren Mengüç und seine Kollegen. Nach einer Verschmutzung erreichten sie bis zu 100 Prozent ihrer vorherigen Haftkraft wieder. Das Ergebnis hing dabei entscheidend vom Größenverhältnis von Haftstruktur zu Schmutzkörper ab: Haftlappen, deren Pilzkopf-Spitzen kleiner waren als die Glaskügelchen, verloren zwar nach einer Verschmutzung am meisten von ihrer Haftkraft, wurden aber auch am schnellsten wieder sauber. Solche Haftmaterialien nach Geckoart könnten sich überall dort gut eignen, wo wiederholtes Haften gefragt ist, beispielsweise bei Klettverschlüssen an Kleidung: Einfach ein paar Mal auf und zu, und schon ist der Schmutz weg und die Verbindung hält wieder.
