Geckofuß, Spinnenbein oder Schneckenschleim – die Natur hat raffinierte Systeme hervorgebracht, die Tieren erstaunlich wirkende Fähigkeiten bei der Fortbewegung auf verschiedenen Oberflächen verleihen. Schon lange versuchen Forscher die biologischen Systeme und Strukturen technisch nachzubilden, um sie für den Menschen nutzbar zu machen. In einigen Fällen ist die Umsetzung zumindest teilweise geglückt. Doch ein Aspekt der tierischen Vorbilder lässt sich oft nur schwer umsetzten: Technische Systeme sind meist wenig flexibel. Sie werden in der Regel gezielt für spezifische Untergründe entwickelt – sie stellen kaum Allround-Lösungen dar. Einige Konzepte sind zudem recht kompliziert und teuer.
Unkomplizierte Allround-Lösungen sind gefragt
Um bessere Lösungsmöglichkeiten zu entwickeln, loten die Forscher um Stanislav Gorb von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel weiterhin die Patente der Natur aus.
Ihr Fokus liegt dabei auf Systemen, die einen festen Halt durch die Kombination einer optimalen Kontaktfläche und einer stabilen Kraftübertragung gewährleisten. Außerdem sollten die Konzepte eine einfache und günstige Nachbildung ermöglichen.
„Um auf verschiedenen Oberflächen zu haften, müsste man – eigentlich ein Widerspruch – zwischen dem Verhalten von weichen und festen Materialien wechseln“, sagt Gorb. Während ein weicher Materialzustand eine große Kontaktfläche zum Untergrund ermöglicht, erlaubt ein fester Zustand eine große Kraftübertragung, erklärt der Wissenschaftler. Das entsprechende Vorbild fanden er und seine Kollegen bei den Heuschrecken: Neben Krallen besitzen diese Insekten für den Halt an Oberflächen kissenartige Elemente an ihren Füßen. Durch detaillierte Untersuchungen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass zwei Merkmale diese Kissen auszeichnen: Sie sind von einer gummiartigen Schicht umhüllt, die einen guten Kontakt zum Haftuntergrund gewährleistet, und im Inneren sitzen stabile Fasern, die bei Druck für eine starke Griffigkeit sorgen.
Kaffeesatz verleiht stabile Griffigkeit
Eine entsprechende Faserstruktur technisch nachzubilden, wäre für eine industrielle Anwendung allerdings zu aufwendig, sagen die Forscher. Doch wie ihre Studie zeigt, kann offenbar auch ein Granulat – eine körnige Masse – die Wirkung der Fasern vermitteln. Wie sie erklären, kommt bei ihrem Konzept der Effekt der sogenannten „Jamming transition“ zum Tragen. „Man kann sich das vorstellen wie bei einer Packung Kaffee: Das Kaffeepulver wird durch Druck fest zusammengepresst und bildet so eine dichte Masse, fest wie ein Stein. Wird die Packung geöffnet, fällt das Pulver locker und verhält sich somit ganz anders – fast wie eine Flüssigkeit“, beschreibt Co-Autor Halvor Tramsen den Effekt.
