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05.08.2017

Zikadenflügel gegen Vereisen und Beschlagen

Forscher der University of Illinois at Urbana-Champaign (UI) setzen auf Zikaden als Vorbild für das Design neuer funktioneller Oberflächen.

Denn die Flügel der Insekten zeigen vor, wie winzige Strukturen eine Oberfläche stark wasserabweisend machen. Mit einem ähnlichen Aufbau könnten Flugzeugflügel gegen Vereisen und Scheiben gegen Beschlagen vorbeugen oder selbstreinigende Oberflächen entstehen. Derzeit sucht das Team auch nach möglichst guten Zikaden-Vorbildern, die an unerwarteten Orten zu finden sein könnten.

Struktur-Vorbild

Das interdisziplinäre UI-Team setzt auf bioinspiriertes Design, einen gängigen Trend, effiziente natürliche Vorbilder künstlich nachzuahmen. "Wir lernen so viel wie möglich vom natürlichen Aufbau der Zikaden-Flügel, um Oberflächen herzustellen, die für Menschen nützlich sind", sagt Nenad Miljkovic UI-Professor für Mechanik und Ingenieurwissenschaft. Denn die Flügel sind hydrophob, also wasserabweisend: die Flüssigkeit formt Tropfen, die abrinnen. Wie genau das funktioniert, haben die Forscher mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen unter dem Mikroskop studiert.

Besonders interessant war für das Team sogenannte Superhydrophobizität, eine Extremform des Wasserabweisens. "Zikadenflügel mit dieser Eigenschaft haben raue Nanostrukturen, die um Wassertropfen Freiräume schaffen, sodass die Oberflächenspannung Tropfen zwingt, von den Flügeln abzuspringen", sagt Miljkovic. Eben diese Nanostrukturen nachzubilden, ist der Schlüssel zu künstlichen Oberflächen, die ähnliche Eigenschaften haben und somit beispielsweise das Vereisen von Tragflächen bei Flugzeugen oder das Beschlagen von Windschutzscheiben oder Brillengläsern verhindern könnten.

Unerwartete Idealvorbilder

Eine Besonderheit der Studie war, dass das Team nicht einfach ein Insekt betrachtet hat, sondern vier verschiedene Zikadenarten aus unterschiedlichen Lebensräumen. "Normalerweise würde man Zikaden aus Feuchtgebieten sammeln, um die Flügelhydrophobizität zu erforschen", sagt UI-Entomologin Marianne Alleyne. Denn man würde erwarten, dass die Insekten aus Gegenden mit viel Wasser besonders wasserabweisende Flügel haben.

Um diese These auf die Probe zu stellen, hat das Team auch Zikaden aus Wäldern und der Prärie untersucht. "Wir haben erwartet, dass die Exemplare aus trockeneren Lebensräumen keine Superhydrophobiziztät zeigen. Wir waren überrascht, das Gegenteil festzustellen", sagt die Entomologie-Doktorandin Catherine Dana. Dank interdisziplinärer Zusammenarbeit haben die Ingenieure also bessere Zikaden-Vorbilder gefunden, was wiederum auf die Entwicklung stärker wasserabweisender Nanostrukturen hoffen lässt.             

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Quelle   pressetext.redaktion 2017 | Thomas Pichler 2017

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