(A) Chrysomelidkäfer mit (B) einer Nahaufnahme des Tarsus mit einem haarigen Klebstoffsystem (farbiges Rasterelektronenmikroskopbild). Bildnachweis: Stanislav Gorb et al.

Wissenschaftler haben einen extrem klebrigen, gemusterten Klebstoff entwickelt, der doppelt so klebrig ist wie flache Bänder, die für ähnliche Zwecke verwendet werden. Der neue klebstofffreie Klebstoff haftet auch besser auf staubigen Oberflächen, kann mit Wasser und Seife gewaschen und mehrfach wiederverwendet werden.

Die Forscher nennen das Material „Insektenband“, weil seine Hafteigenschaften auf einem Muster von Mikrostrukturen beruhen, die von Insektenfüßen inspiriert sind. Das Team, das sich aus Forschern des Max-Planck-Instituts (MPI) für evolutionäre Biomaterialien in Stuttgart und biologisch inspirierten Roboterforschern des Case Western Reserve in Cleveland (USA) zusammensetzt, analysierte mehr als 300 verschiedene Insektenarten, um die optimalen Eigenschaften für a zu bestimmen künstlicher Klebstoff.

"Dieses Klebeband bietet die höchste Klebrigkeit unter anderen Bändern mit reversibler Haftung und bleibt bei der höchsten Anzahl von Wiederholungen (mehrere Tausend Klebezyklen) klebrig", sagte Co-Autor Stanislav Gorb vom MPI gegenüber PhysOrg.com . "Nachdem es schmutzig geworden ist, kann es mit Seifenwasser gewaschen werden und die anfängliche Klebrigkeit wird wiederhergestellt."

Die Art und Weise, wie Insekten an Wänden und Decken wandern, fasziniert Wissenschaftler seit dem 19. Jahrhundert (und wahrscheinlich schon lange zuvor). Heute wissen Forscher, dass viele der Millionen bekannten Insektenarten unabhängig voneinander zwei Arten von Bindungsstrukturen entwickelt haben: glatte Ballen (z. B. Heuschrecken) und haarige Oberflächen (z. B. Coleopteren wie Käfer).

Die Forscher konzentrierten sich auf Insekten mit haarigen Oberflächen, die häufig aus dichten Haaren und Haarbüscheln mit einer Länge von wenigen Mikrometern bis zu mehreren Millimetern bestehen. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass eine hierarchische Gestaltung der Haare die Kontaktbildung optimiert und eine hohe Dichte kleiner Strukturen eine größere Kontaktfläche erzeugen kann, was zu einer besseren Gesamthaftung führt. Das Band ist beständig gegen Staubkontaminationen aufgrund von Lücken in den Mikrostrukturen, in denen Staubpartikel einsinken können, sowie gegen die Anpassungsfähigkeit der Kontaktfläche des Bandes. Darüber hinaus ermöglichen pilzförmige Spitzen, wie sie bei manchen Insekten auftreten, dass sich der Klebstoff an unebene Oberflächen und Unregelmäßigkeiten, einschließlich Risse, anpasst.

"Die Haftfestigkeit von Insekten, Spinnen und Geckos auf glattem Glas liegt im Bereich von 100 kPa", sagte Gorb. „Unser Material weist ungefähr 60 kPa auf. Wir sind nicht so weit von ihnen entfernt. “

Aufgrund der Flexibilität der Fasern kann das Band wiederholt verwendet werden. Während des Abziehens dehnen sich die elastischen Fasern bis zu mehreren Mikrometern, um die Bindung zwischen dem Band und dem Substrat zu lösen. Nach hunderten von Zyklen nimmt die Adhäsion ab; Durch Waschen des Klebebands mit einer Seifenlösung und Wasser kann das Klebeband seine Klebeeigenschaften vollständig wiederherstellen.

Die Forscher experimentierten mit dem Insektenband an einem Glaswand-Kletterroboter namens Mini-Whegs TM, der mit Speichen und Füßen über große Hindernisse klettert. Wenn die gemusterte Oberfläche des Insektenbands an seinen Füßen angebracht wurde, konnte der funkgesteuerte 120-Gramm-Roboter erfolgreich Glaswände besteigen.

Neben Robotern könnte das Band auch zur Manipulation glatter Oberflächen wie optischer Linsen und CDs sowie zum Anhaften von Objekten an oder zum Schutz empfindlicher Glasoberflächen eingesetzt werden. Für weitere Forschungen schlagen die Wissenschaftler vor, dass eine Änderung der Form der Oberflächenkontaktmerkmale das Band für bestimmte Anwendungen optimieren könnte.

"Es wird nicht so stark und billig sein wie Scotch TM Tape, aber es wird im Alltag einigermaßen billig zu gebrauchen sein", sagte Gorb. „Wir glauben, dass das Band vorhandene Bänder nicht ersetzen wird, sondern in bestimmten technologischen Nischen Anwendung findet. Derzeit kommen die meisten Anwendungen von High-Tech-Unternehmen wie Robotik und optischen Technologien. “

Weitere Informationen: Gorb, Stanislav N., Sinha, Mitali, Peressadko, Andrei, Daltorio, Kathryn A. und Quinn, Roger D. 2007) S117-S125.

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