Wenn wir wirklich an der Decke laufen wollen

Machen wir es den Geckos nach und vertrauen auf pure Adhäsion

Tap, tap, tap (15mal pro Sekunde), manchmal ein Laut, der an ein gequältes "gecko" erinnert, und mitunter ein Biss: Die Freunde der bis zu 25 cm großen Reptilien ergötzen sich an der Farbe und an der Geschicklichkeit der Geckos, die quasi Schwerelosigkeit verkörpern. Das Geheimnis der Haftzeher beruht auf van der Waalschen Kräften, jener Anziehungskraft, die wir im Mikrokosmos zwischen Atomen oder im Wechselspiel der Moleküle ansiedeln.

Was von den Zoologen an den Füßen der Geckos bisher als Lamellen erkannt wurde, ist sehr fein strukturiert und hat eine äußerst raffinierte Funktion. Kellar Autumn (Lewis & Clark College, Portland) und ein Team von Spezialisten berichten in den aktuellen Proceedings of the National Academy of Sciences über die Hintergründe und die praktische Nutzanwendung für den Menschen.

Die Füße eines Geckos (Gecko gecko) (Credit K.Autumn)

Diese Erkenntnis hat Kellar Autumn bereits vor zwei Jahren in Nature vorgestellt. Die Interaktion muss also auf mikroskopischer Ebene ablaufen. Die Erklärung braucht besondere technische Fähigkeiten und eine aufwendige Technik. So ist das "Gecko-Team" mit Forschern aus vier Universitäten zustande gekommen.

Bei elektronenmikroskopischer Sicht erinnern die Lamellen der Füße an ein wogendes Weizenfeld. Statt der Ähren finden sich Spatula, also spatelähnliche Köpfe, auf den "Seta" genannten Fasern. Untersuchungen im Labor von Ronald Fearing (U.C. Berkeley) ergeben Kräfte bis zu 200 mikroNewton. "Ein Haar reicht aus, um eine Ameise zu halten, 2 Millionen Setae, wie für einen einzelnen Fuß von Gecko gecko berechnet, bringen es auf 90 Pfund," so Kellar Autumn.

Diese Kraft hält die 100-150 Gramm schweren Tiere auch beim Fehltritt und, falls nur noch ein Fuß Halt findet, völlig aus. Der Mechanismus, darüber besteht kein Zweifel mehr, sind van der Waalsche Kräfte.

Setae und ihre spatelartigen Fadenendigungen, aus denen der Gecko-Fuß besteht (Credit K. Autumn, E. Florance)

Die neuen Untersuchungen der interdisziplinären Arbeitsgruppe zeigen, daß die Qualität von Größe und Beschaffenheit der Fasern bestimmt wird, nicht aber von der eigentlichen Faserstruktur. "Wir konnten nachweisen, dass es die Geometrie ist, und nicht die Chemie der Oberfläche," erklärt Kellar Autumn. Anfänglich noch ungewiss war die Antwort auf die Frage: Warum klebt der Fuß nicht fest? Die genaue Analyse des Bewegungsablaufes ergibt zwei Besonderheiten. Zum einen wird der Fuß stets mit dem Ballen zuerst gesetzt. Zum anderen spielt die Orientierung der Setae eine entscheidende Rolle. Je nach dem Stellungswinkel variieren die van der Waalschen Kräfte bis zum 500fachen. Damit entsteht der natürliche Wechsel zwischen Haftung und Freigabe.

"Die Erkenntnis aus unseren Studien gibt uns ungemeine Freiheiten. Wir müssen die Natur nicht plump imitieren, sondern können den prinzipiellen Bewegungsablauf analysieren und darauf unsere Materialien einstellen," freut sich Kellar Autumn. Ronald Fearing von der University of California at Berkeley stellt inzwischen mittels Nanotechnik spatelartige Fasern aus zwei unterschiedlichen Materialien her.

Damit ist der Weg für künstliche Imitationen des Gecko-Fußes geebnet. "Stellen Sie sich nur ein zerstörtes Haus vor, in dem Gecko-Roboter nach Opfern suchen. Oder der Mars Rover: Mit Gecko Füßen wäre er nicht im Sand stecken geblieben. Und dann noch die Fähigkeit, unter Vakuum zu funktionieren: Damit werden Dinge möglich, die bisher nicht gedacht werden konnten." Kellar Autumn und das "Gecko Team" sind begeistert.

Eine Idee des Gecko Teams für Robot Corp.

Sensible Details werden allerdings zunächst nicht bekannt gegeben. Das Projekt ist vom US Verteidungsministerium (Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) gesponsert. Dort erwartet man sehnsüchtig die Früchte der neuen Technik, mit denen die Spezialagenten bisher Unmögliches möglich machen werden.

http://www.heise.de/tp/artikel/13/13152/1.html