Wenn wir an Schwämme denken, haben wir etwas Weiches vor Augen. Doch für die sogenannten Glasschwämme gilt das nicht: Ihre Festigkeit verleiht ihnen ein starres Skelett, das aus einem Silikat-Material besteht, das unseren Glasfasern ähnelt. Bereits seit einiger Zeit stehen die filigranen Kolben-Strukturen des sogenannten Gießkannenschwamms (Euplectella aspergillum) im Fokus der Forschung. Die Wissenschaftler interessieren sich dafür, wie die zerbrechlich wirkenden Gebilde den mechanischen Beanspruchungen in der Tiefsee widerstehen können. Die Untersuchungen haben dabei eine interessante Parallele zur menschlichen Bautechnik aufgedeckt: Die Bio-Glasfasern sind in Mustern angeordnet, die Gitterstrukturen ähneln, die verwendet werden, um Stabilität und gleichzeitig Leichtigkeit zu gewährleisten.
Bisheriges System noch nicht ausgereizt
Diese von diagonalen Verstrebungen geprägten Gitterstrukturen werden bei unterschiedlichen Konstruktionen aus Metall eingesetzt. Das System wurde in den frühen 1800-er Jahren von dem Bauingenieur Ithiel Town zur Herstellung stabiler Brücken aus leichten und billigen Materialien entwickelt. “Er etablierte diese einfache und kostengünstige Methode zur Stabilisierung quadratischer Gitterstrukturen, die bis heute verwendet wird”, sagt Matheus Fernandes von der Harvard University in Cambridge. Er und seine Kollegen sind nun der Frage nachgegangen, ob die spezielle strukturelle Anordnung der Skelettstrukturen der Glasschwämme das bisherige Konzept noch weiter optimieren könnte. Vor allem: Gibt es Möglichkeiten der Materialeinsparung bei gleichbleibender Festigkeit?
Wie die Forscher berichten, weist das Design der Glasschwamm-Skelette eine charakteristische Besonderheit auf: Es gibt einen doppelten Satz diagonaler Verstrebungen, die mit dem darunter liegenden quadratischen Gitter verbunden sind. Das System ist so angeordnet, dass sich abwechselnd in einem Quadrat der schachbrettartigen Unterlage eine kleine Raute bildet, die im nächsten Feld fehlt. Im Rahmen der Studie modellierten die Forscher die Merkmale dieses Systems durch Computersimulationen. Außerdem führten sie Belastungstests mit im 3D-Druckverfahren hergestellten Modellen des Glaschwamm-Designs durch sowie mit Vergleichsobjekten, die bisher in der Technik eingesetzte Gittergeometrien aufweisen.
