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BIONIK-INNOVATIONS-CENTRUM B-I-C – Abgeschlossene Forschungsprojekte

Klebstofffreie Haftsysteme

Kurzdarstellung des Projektes

Moderne Produktionstechniken und -verfahren machen nicht zu letzt neue innovative Fügetechniken notwendig. Nicht nur, um die Produktionsprozesse kontinuierlich zu vereinfachen und zu verkürzen, sondern auch um im Rezyklierprozess die Dekonstruktionszeiten zu minimieren und nicht zu letzt sortenreine Trennverfahren zu ermöglichen. Von besonderem Interesse sind hierbei Klebtechniken im weitesten Sinne. Im Bereich der belebten Natur lassen sich hier, neben einfachen Klammerprozessen, Hafttechniken mit und ohne Klebstoff (Adhäsionssekret) aufzeigen. Besonders attraktiv sind hierbei klebstofffreie Systeme, wie sie bei den Adhäsionsmechanismen von Geckos und einigen Spinnenarten identifiziert wurden.

Bild 1: Springspinnen jagen ihre Beute aktiv, heißt, sie bauen keine Netze. Eine gute Bodenhaftung bzw. hohe Haftkräfte sind dabei zweifelsfrei von Vorteil.

Bild 2: Im Bild sind in rasterelektronen-mikroskopischen Aufnahmen die Detailstrukturen der Füße dargestellt, die erkennbar in eine Vielzahl dünner "Härchen" auslaufen.

Für beide Tiergruppen gilt, dass die mit dem Substrat in Kontakt tretenden Fußanteile zu ultrafeinen, flexiblen Härchen ausgebildet sind (Durchmesser ca. 0,01 mm). Damit gelingt es den Tieren das Relief der Kontaktoberfläche möglicht geometriegetreu abzubilden und somit eine sehr große reale Kontaktfläche zu generieren. Zudem werden sehr geringe Abstände zwischen den beiden Kontaktflächen ermöglicht, so dass so genannte Van-der-Waals-Kräfte (molekulare Wechselwirkungen) wirksam werden. In Summe – und unter Idealbedingungen – sind diese so groß, dass sie z.B. bei Spinnen das 170-fache der Gewichtskraft des Tieres ergeben. Messungen via Raster-Kraft-Mikroskop zeigen Haftkräfte auf, die in der Lage sind, eine Masse von immerhin 25 Tonnen pro Quadratmeter zu kompensieren.

Projektziele

Weiterführende Forschungsvorhaben befassen sich mit Aspekten zur Realisierung künstlicher Haftstrukturen nach dem Vorbild der Spinnen. Bestechend sind hier insbesondere das rückstandfreie Trennen der Kontaktflächen sowie deren ebenso nachhaltige wie vielfältige Einsatzmöglichkeit.

Projektleitung und Projektmitarbeiter
Prof. Dr. Antonia B. Kesel (Leitung), Andrew Martin

Finanzierung
    - Bundesministerium für Forschung und Bildung BMBF

Veröffentlichungen

  • Kesel A.B., Martin A., Seidl T. (2003): Adhesion measurements on the attachment devices of the jumping spider Evarcha arcuata. In: J. Exp. Biol. 206: 2733-2738.
  • Kesel A.B., Martin A., Seidl T. (2004): Getting a grip on spider attachment: an AFM approach to microstructure adhesion in arthropods In: Smart Structures and Materials 13: 512-518.
  • Martin A., Kesel A.B. (2005): Arthropod exoskeleton mechanical properties gradients visualized by phase imaging AFM. In: SEB 2005 Abstracts. CBP Part A, Volume 141, Issue 3, Suppl. 1, p. S144.

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