Kleben wie ein Gecko

Wie schafft es ein Gecko kopfüber an einem Glasdach zu laufen? Und warum klebt ein Geckofuß auch dann noch auf glatten Oberflächen, wenn er mehrfach mit Sand und Staub in Kontakt gekommen ist? Diesen Fragen sind Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie nachgegangen und sie haben dabei erstaunliche Erkenntnisse gewonnen.

Mit ihren Experimenten konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass ein Gecko bei jedem Schritt seine Zehen ein Stück über den Boden schleift. Durch diese Reibung streifen die kleinen Echsen größere Staubpartikel schon beim Laufen ab. Kleinere und sehr feine Partikel lagern sich zwischen einer Vielzahl von kleinen Härchen und Hautfalten auf der Fußsohle des Geckos ab. Diese zwei Mechanismen halten den Geckofuß sauber.

Die Milliarden kleiner Härchen am Geckofuß sind nur einige Nanometer groß. Für die Experimente der Wissenschaftler wurden elastische Mikrohärchen in unterschiedlichen Größen verwendet. Anstelle von Schmutzpartikeln wurden Glaskügelchen im Mikrometerbereich (10^-6 Meter), benutzt. Um die Schritte des Geckos zu simulieren, pressten sie einen mit Mikrohärchen besetzten künstlichen Klebestreifen auf die Platte, verschoben diesen seitwärts und hoben den Streifen wieder an. Diesen „load-drag-unload“-Prozess wiederholten sie mehrfach und testeten jeweils die Klebestärke.

Waren die Kügelchen im Durchmesser größer als die Mikrohärchen, verschwand die Haftkraft nach dem Erstkontakt („load“) – wie bei gewöhnlichem Klebeband. Aber: Nach nur acht bis zehn Durchgängen des Abstreifprozesses erreichte der Gecko-Klebstreifen wieder 80 bis 100 Prozent seiner ursprünglichen Leistungsfähigkeit. „Längerfristig gedacht, könnte sich hieraus eine günstige Alternative zu Klettverschlüssen entwickeln“, sagt Hendrik Hölscher vom Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT) des KIT.

„Mögliche Einsatzgebiete wären Sport, Medizin, die Automobilindustrie oder die Raumfahrt“, ergänzt Metin Sitti, Professor an der Carnegie Mellon University, die sich an der Forschung des KIT beteiligt. Wichtigstes Ergebnis für die Anwendung: Unterschreitet die Kugelgröße den Durchmesser der Mikrohärchen, wird nur ein Drittel der ursprünglichen Haftkraft wieder hergestellt. „Für den perfekten Gecko-Klebstreifen benötigen wir deshalb Härchen im Nanometerbereich (10^-9 Meter), die kleiner sind als die meisten Schmutzpartikel“, sagt Dr. Michael Röhrig, ebenfalls vom IMT.

Die Hautfalten des Geckos haben die Wissenschaftler bereits als breite Furchen zwischen den engen Haarreihen nachempfunden. Sie bieten genügend Platz, um feinste Staubpartikel einzulagern. Tests mit tatsächlichen Schmutzpartikeln verschiedener Formen und Größen sowie aus unterschiedlichen Materialien sollen nun folgen. Ein weites Feld für einen kleinen Gecko.