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Das Wichtigste in Kürze

Überblick

  • Der Gecko kann sich kopfüber an nahezu allen Oberflächen festhalten. Der Schlüssel seiner Haftung liegt in seinen Füßen, genauer gesagt im feinhaarigen Haftsystem seiner Zehen.
  • Das sich über drei Ebenen immer feiner verästelnde Haftsystem besteht aus 400 bis 600 Mikrometer langen Lamellen, an diesen sitzen etwa 100 Mikrometer lange Setae, diese wiederum spalten sich in etwa 200 Nanometer breite und ebenso lange Hafthärchen, die Spatulae, auf.
  • Solche Haftsysteme gibt es auch bei anderen Tieren. Die Maxime des Hafttricks der Natur scheint dabei zu lauten: Je kleiner, desto „klebriger“. Mit wachsendem Körpergewicht der „Haftkünstler“ nimmt die Feinheit und Dichte der Strukturen zu.
  • Um zwei Oberflächen – in diesem Fall den Geckofuß und eine Wand – in engem Kontakt aneinander zu binden, kommen theoretisch immerhin elf verschiedene Kräfte und Wechselwirkungen in Frage. Aber welche davon nutzt der Gecko? Als aussichtsreichste Kandidaten gelten einerseits die Kapillarkraft, andererseits die so genannten van-der-Waals-Kräfte.
  • Kapillarkräfte beruhen auf der Bildung eines dünnen Wasserfilms zwischen zwei Oberflächen. Sie lassen beispielsweise das Wasser in den dünnen Leitungsbahnen der Pflanzen oder einem Glasröhrchen in die Höhe steigen.
  • Van-der-Waals-Kräfte treten zwischen zwei Atomen oder Molekülen auf, deren elektrische Ladung asymmetrisch verteilt ist: an einem Ende des Moleküls überwiegt die negative Ladung, am anderen die positive. Die Anziehungskräfte zwischen den jeweils entgegen gesetzten Ladungen zweier Moleküle sorgen für eine schwache Bindung zwischen ihnen.
  • Welche der beiden Kräfte für die Gecko-Haftkraft entscheidend ist, war zunächst umstritten. Amerikanische Forscher führten Tests durch, bei denen die „Klebkraft“ sowohl der ganzen Zehen als auch der einzelnen Setae an Wasser abweisenden und Wasser anziehenden Oberflächen nahezu gleich war – ein Hinweis auf vorwiegend van-der-Waals-Effekte.
  • In Versuchen der Max-Planck-Forscher um Edouard Arzt hafteten die Härchen dagegen auf den Wasser anziehenden Oberflächen sehr viel besser als auf Wasser abweisenden. Gleichzeitig verstärkte sich die „Klebkraft“ mit steigender Luftfeuchtigkeit – ein Hinweis auf Kapillarkräfte.
  • Das „klebrige Geheimnis“ des Geckos beruht offenbar primär auf der extrem feinen Struktur seiner Hafthärchen an den Fußsohlen, lässt sich aber durch Feuchtigkeit noch weiter verbessern – eine Erkenntnis, die gerade bei der Entwicklung künstlicher Haftstrukturen wichtig ist.
  • Die Max-Planck-Forscher haben bereits ein Verfahren entwickelt und patentieren lassen, mit denen sie eine Art Verschluss nach dem Vorbild der Natur erzeugen können. Dieser erlaubt Verbindungen von Werkstoffen so fest wie Schweißen oder Kleben, aber reversibel. Darüber hinaus verschmutzt der Verschluss im Gegensatz zu konventionellen Klebebändern nicht so leicht.
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Stand: 23.03.2007

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Die Gecko-„Kopierer“
Den Haft- und Klebetricks der Natur auf der Spur

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Rätsel Geckofuß
Haftstrukturen: Je kleiner desto klebriger

Streit um die Haftkraft
Welche Wechselwirkung hält den Gecko an der Wand?

Hafthärchen im Nanotest
Rasterkraftmessungen deuten auf Mitwirkung von Wasser hin

„Geckohaftung“ statt Kleben und Schweißen
Lehren aus der Natur für die Technik

UNTERRICHTSENTWURF
Arbeitsblätter, Lehrerinformation und didaktische Hinweise zum Thema

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„Pilzköpfe“ als Superkleber
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Haftung wie am Käferfuß
Biomimetisches Haftmaterial klebt durch Mikrohärchen

Zellen haften auf „Kommando“
Schaltprozesse einzelner Moleküle bestimmen Adhäsion an Zellmembranen

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Gecko und Fliege „kleben“ mit Nano-Kontakten
Haftung beruht auf Größenreduzierung und besonderer Form der Kontaktstellen

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