PowerPoint-Folien zur 9. Vorlesung „Bionik I“ Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 9. Vorlesung „Bionik I“ Nanobionik: Vorbild Natur im Mikro- und Nanobereich Lotus-, Sandfisch- und Mottenaugen-Effekt Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

Mikro- & Nano-Strukturen Kongo-Rosenkäfer (Pachnoda marginata) Painted Lady (Vanessa kershawi) Sandskink der Sahara (Scincus scincus) ? Amurnatter (Elaphe schrencki schrencki) Wasserbrotwurzel (Colocasia esculenta) Weißhai (Carcharhinus) Dunkelkäfer der Namib (Stenocara sp.) Gletscherfloh (Isotoma saltans) Biologische ? Mikro- & Nano-Strukturen

Der Lotus-Effekt In Asien gilt die Lotus-Pflanze als religiöses Symbol der Reinheit. Der Lotus-Effekt

Foto: A. Regabi El Khyari Lotus-Effekt an einem Kohlblatt

Entwicklung der Lotus-Farbe REM 30 μm Selbstreinigung Bionik-Produkt Entwicklung der Lotus-Farbe

Testflächen an meiner Hauswand nach 3 ½ Jahren Lotusan Fassadenfarbe normale Fassadenfarbe Testflächen an meiner Hauswand nach 3 ½ Jahren

Oberfläche einer Sumpfpflanze (Botanischer Garten Shanghai)

Glatte wasseranziehende Oberfläche: Rauhe wasserabstoßende Oberfläche: Der Wassertropfen fließt über die anhaftenden Schmutzpartikel hinweg Rauhe wasserabstoßende Oberfläche: Der Wassertropfen wäscht rollend die wenig haftenden Schmutzpartikel weg Mechanismus des Lotus-Effekts

Der Lotus-Effekt in Aktion

Oberflächenspannung und Benetzungswinkel Young-Formel: Adhäsion > Kohäsion Adhäsion < Kohäsion Adhäsion << Kohäsion Oberflächenspannung und Benetzungswinkel

Der erweiterte Lotuseffekt Sekundäre Struktur 1 × 1 cm Technische Nachbildung Lotusblatt Der erweiterte Lotuseffekt

Der erweiterte Lotuseffekt Wassertropfen Wassertropfen Der erweiterte Lotuseffekt

Lotuseffekt-Dachziegel mit Photokatalyse-Effekt Prof. Wilhelm Barthlott

Der Mottenaugen-Effekt

Mikro-Optik des Mottenauges 130 fach 420 fach 1650 fach Mikro-Optik des Mottenauges 4120 fach Mikro-Noppen

Reflexion von Licht wird durch eine allmähliche Zunahme der optischen Dichte des Glases vermieden. Mikro-Noppen auf der Glas-oberfläche lassen scheinbar die optische Dichte des Gla-ses langsam anwachsen. Licht l <

Hummelschwärmer (Hemaris fuciformis) Der Hummelschwärmer imitiert mit seinen optisch verkleinerten Flügeln eine Hummel (Mimikry)

? Unsichtbare Qualle

Geprägte Nanostruktur mit 200 nm Noppenabstand Eine Mottenaugen-Glasscheibe

Der Mottenaugeneffekt

Wunder Gecko-Fuß

Geckos haften über atomare Kräfte (Van-der-Waals-Kräfte) an der Wand 2 kg (theoretisch) 500 000 Mikrohaare Photo: M. Moffet Geckos haften über atomare Kräfte (Van-der-Waals-Kräfte) an der Wand Der Gecko an der Wand Beispiel Zwischenmaß

Nanostruktur des Gecko-Fußes Ein Borstenhaar besitzt 1 000 Nanohaare Eine Gecko-Zehe besitzt 500 000 Borstenhaare Nanostruktur des Gecko-Fußes

Van-der-Waals-Kräfte Adhäsion durch Van-der-Waals-Kräfte Oberfläche 1 Der Gecko-Effect Kontaktstellen Technische Oberfläche Oberfläche 2 Nanohaare ! Kleine Kontaktfläche Kleine Adhäsionskraft Große Kontaktfläche Große Anhäsionskraft Mikrohaar

Synthetische Geckohaare für Spiderman (New Scientist 15. 05. 2003)

Gecko-Tape Vorteil: Temporäre Haftung ohne Klebereste Technik Biologie

Nebelfänger in der Wüste

Nebel-Ernten in der Namib-Wüste

Dunkelkäfer der Namibwüste (Stenocara sp.) Andrew R. Parker and Chris R. Lawrence 10 mm Hydrophile Kuppen Hydrophobe Basisoberfläche Ähnlich dem Lotus-Effekt ®

Hydrophobe Noppen Nebeltröpfchen Hydrophile Kuppen

Hydrophobe Noppen Nebeltröpfchen Hydrophile Kuppen Kondensation

Hydrophobe Noppen Nebeltröpfchen Hydrophile Kuppen Gesammelter Tau Zum Käfermund Gesammelter Tau

Experiment von Parker und Lawrence Wächserne Oberfläche Sprühflasche Luftstrom Glaskügelchen Ventilator Experiment von Parker und Lawrence

Foto: A. Regabi El Khyari Der Sandfisch-Effekt

Sandfisch ?

Der Sandfisch der Sahara

Eigenschaften der Sandfischschuppe M. Zwanzig, IZM Reibung Abrieb Sandströmung Ladungsemission 8µm

GPS: Mein Sahara Labor Feld- arbeit in der Sahara N 31° - 15‘ – 02“ W 03° - 59‘ – 13“ Erg Chebbi

Einfaches Granulat-Reibmessgerät für Feldversuche Granulatkanüle Reibwinkelskala Objektplattform Handstellhebel

Zur Messung des dynamischen Reibungskoeffizienten

20° Sandskink Messung des Sand-Gleitwinkels Sand fließt 18° Sand stoppt Sandskink Messung des Sand-Gleitwinkels

Sand Gleitwinkel n o n l o f s l e a y T l tahl N G k n i S k S 40 35 35 30 25 Sand Gleitwinkel n 20 n o l o f s l e y 15 a T l N k tahl G n 10 i S k S Sahara-Messung 2002 5 Gleitreibung: Sandfisch im Vergleich zu technischen Materialien

Reibungsmessung mit einem sandgefüllten Zylinder

Sand-Zylinder- Messungen 25 20 Stahl l e 58 % k n i 15 w t i e Skink l g d 10 n a S Sand-Zylinder- Messungen 5 15 16 18 20 20 21 21 21 21 24 24 25 25 26 26 27 30 30 ste August Stahl = 19° Reibungs-gleitwinkel: Sandskink = 12° Caudal Sandskink = 18° Cranial

Sandfischschuppe unter dem Rasterelektronenmikroskop Sand Strömung 8µm Rücken Bauch

Schwellenstruktur in Schrägansicht Sandströmung 6 µm Schwellenstruktur in Schrägansicht

Gleitrichtung Größenrelation Sandkorn auf Mikroschwellen

Abrieb der Sandfischschuppen

Zur Abrasionsfestigkeit Die Sandfischhaut glänzt immer während technische Oberflächen im Sandwind schnell matt werden ! Zur Abrasionsfestigkeit

Einfache Vorrichtung für die Abriebversuche Sandtrichter Sandstrahl Objektplattform

Stahl Abriebfleck: Glas Auftreffpunkt des Sandstrahls Sandstrahlzeit: 10 Stunden ! Stahl Abriebfleck: Glas

Sandabrieb unter dem Microskop Glas Vergrößerung ≈ 200 Sandabrieb unter dem Microskop 2 Stunden Strahlzeit 20 cm Strahlhöhe Mit Tesafilm abgedeckt Sandstrahlerosion Sandfisch Vergrößerung ≈ 1000 Sandfisch Vergrößerung ≈ 1000 Vorher Nachher

Sandfisch Sandboa Parallelevolution

Sandfisch Sandskink Sandboa Parallelevolution

Keilschleiche Sphenops sepsoides Parallelevolution Querschwellen

Statische Elektrizität im Sandsturm

Elektrische Entladung an einem Sandfischrücken

Triboelektrische Aufladung eines Glasstabs

Triboelektrische Aufladung eines Plastikstabs

Gerichtete Triboelektrizität an der Sandfischschuppe Electronen-Akzeptor Electronen-Donator Sandfischschuppe Kopf Schwanz Gerichtete Triboelektrizität an der Sandfischschuppe

Elektrisch neutrale Sandkörner mit gegensätzlich geladenen Spots

Elektrostatische Schwebe-Hypothese Sandkorn Sandfisch Elektrostatische Schwebe-Hypothese

Modernes Sand-Boarding

* Eine Fußnote

Auf der Suche nach neuen Bionik-Projekten

Thema: Abriebfestigkeit der Wüstenflora

Tamariske

Ende www.bionik.tu-berlin.de