Schuppenstruktur der Texanischen Krötenechse im Rasterelektronenmikroskop.
P. Comanns, Institut für Biologie II der RWTH Aachen
Ziel des BMBF-geförderten Forschungsprojektes Biolas.exe des Instituts für Biologie II der RWTH Aachen im Lehr- und Forschungsgebiet Zelluläre Neurobionik und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT ist, die Strukturen von Echsenhaut auf technische Bauteile zu übertragen. Damit soll die Benetzung mit Schmierstoffen und andern Fluiden verbessert werden.
Denn texanische Krötenechsen und auch australische Dornteufel sind beispielsweise in extremer Trockenheit zuhause. Um überleben zu können, nutzen sie einen besonderen Trick der Natur: mit ihrer Schuppenstruktur können sie kleinste Wassermengen aus der Umgebung sammeln und ihre Haut damit benetzen. Feine Kapillaren in ihrer Oberfläche transportieren dann das Wasser zum Maul der Echsen.
Das Projekt Biolas.exe ist eine interdisziplinäre Kooperation zwischen Biologen und Produktionstechnikern, erläutert das Fraunhofer IPT. Die Partner wollen in den kommenden drei Jahren die Schuppenstrukturen der feuchtigkeitserntenden Echsen untersuchen und diese mit dem Verfahren des Laserstrahlstrukturierens auf Bauteilen, zum Beispiel aus Stahl oder Messing, nachbilden. Die bionischen Oberflächen können etwa auf Lagern, Wellen oder Dichtungsringen dazu dienen, Flüssigkeiten wie Öle, Schmierstoffe oder Kühlmittel besser zu verteilen und den Verschleiß von Pumpen und Motoren zu verringern.
Dafür sei zunächst die Aufgabe der Biologen, die Strukturen und Kapillareffekte der Echsenhaut zu untersuchen und geeignete Gestaltungsmuster für den Einsatz in technischen Systemen zu ermitteln. Die bionischen Strukturen, welche die Echsenhaut zum Vorbild nehmen, flexibel und präzise in verschiedene Werkstoffe einzubringen, sei Aufgabe der Produktionstechniker. Hier setzen die Fraunhofer-Forscher auf das Verfahren des Laserstrahlstrukturierens, wie berichtet wird. Dabei trägt ein Laser in der Bearbeitungsmaschine gezielt Werkstoff von der Bauteiloberfläche ab und kann selbst komplex geformte Oberflächen mit nahezu beliebigen Strukturen versehen. Je nach Strukturmuster soll sich auf diese Weise die Benetzungsfähigkeit der Oberflächen gezielt einstellen lassen.
Eine Herausforderung werde es sein, die winzigen bionischen Strukturen auf die komplex geformten Bauteiloberflächen zu übertragen, betont das Fraunhofer IPT. Größe, Geometrie sowie Nano- und Mikrotopografien müssten exakt eingehalten werden, um die gewünschte Funktion sicherzustellen. Die Projektpartner setzen dafür auf eine selbstentwickelte Software, die die Strukturen digital auf die frei geformten Oberflächen übertrage und das Benetzungsverhalten auf dem Bauteil simuliere. Ziel sei, dass sich die Struktur eigenständig über die komplette Oberfläche des Bauteilmodells ausbreite. Auch ein Katalog an geeigneten Strukturen, die durch die Biologen geprüft und von den Produktionstechnikern erprobt seien, soll Bestandteil der Software werden.
Darüber wollen das Institut für Biologie und das Fraunhofer IPT anhand ausgewählter Anwendungen die Marktfähigkeit des Verfahrens und sein Potenzial für die industrielle Anwendung nachweisen. Fundierte Kosten-Nutzen-Betrachtungen mit Blick auf konkrete Produkte sollen sicherstellen, dass das Verfahren bis zur Marktreife geführt werden kann.
Das Forschungsprojekt läuft im November 2012 an, und wird für drei Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im VIP-Programm (Validierung des Innovationspotentials wissenschaftlicher Forschung) gefördert und durch die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH, Berlin, als Projektträger betreut.