Sich selbst reparierende Schäume nach dem Vorbild von Lianen
Dr. Olga Speck
Universität Freiburg
Titel des Projektes: "Vom biologischen Vorbild zum bionischen Produkt: Wundheilung bei Pflanzen als Ideengeber für selbstreparierende technische Materialien“
Email: olga.speck@biologie.uni-freiburg.de
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Kurzbeschreibung
Pflanzen haben im Laufe ihrer Evolution die Fähigkeit zur Wundversiegelung und -heilung entwickelt. Wenn Lianen wachsen, reißen dabei häufig die im äußeren Stammbereich liegenden Schichten des Festigungsgewebes (Sklerenchym) ein. Umgehend wird ein pflanzlicher Reparaturmechanismus eingeleitet. In Minutenschnelle quellen Zellen des benachbarten Grundgewebes (Parenchym) in den Riss und verschließen ihn. Dann beginnen sich die Grundgewebezellen zu teilen und dichten die Verletzung völlig ab.
Die Wissenschaftler um Olga Speck von der Universität Freiburg orientieren sich an der ersten Phase der Selbstreparatur, in der sich die unter Druck stehenden Zellen offenbar durch physikalisch-chemische Prozesse verformen und in die Risse quellen. Im Rahmen des Kooperationsprojekts zwischen der Plant Biomechanics Group Freiburg und dem Center for Synergetic Structures (Empa, Schweiz) ist die Entwicklung einer bionischen Beschichtung im Labormaßstab bereits gelungen. Die Forscher haben einen Polyurethanschaum entwickelt, in dem Überdruck herrscht, und beschichteten Membranen mit ihm. Wurde die Membran verletzt, quoll der Schaum in den Riss und verschloss ihn. Getestet haben die Wissenschaftler die Reparaturfähigkeit des Schaums, indem sie die beschichteten und unbeschichteten Membranen mit Nägeln durchstießen, deren Durchmesser immerhin fünf Millimeter betrug. Durch diese Löcher entwich die Luft bei beschichteten Membranen bis zu tausendmal langsamer als bei unbeschichteten. Mithilfe der Bionik-Fördergelder sollen nun sich selbst reparierende Schäume für industrielle Anwendungen entwickelt werden.
Interesse aus der Industrie besteht bereits. So wollen die Schweizer Unternehmen Prospective Concepts AG in Zürich und Airlight Ltd. in Biasca die Membranen ihrer Tensairity-Leichtbautragwerke mit ihm beschichten, um die dünnen Hüllen bei Verletzungen zu schützen. Der Name Tensairity ist aus dem englischen Begriffen für Spannung (tension), Luft (air) und Zusammenhalt (integrity) zusammengesetzt. Die filigran aussehenden Luftbalken haben eine Tragkraft wie herkömmliche Stahlträger, wiegen aber nur ein Zehntel soviel. Solche Konstruktionen lassen sich vielfältig einsetzen, zum Beispiel für Brücken, Überdachungen von großen Hallen, Sportstadien und Plätzen.
