Michaels Reisetagebuch: Tahiti-Neuseeland-Neukaledonien-Australien-Tasmanien-Thailand - Im Sauseschritt die Wand hoch

Geckos gehen die Wände hoch, als ob die Gesetze der Schwerkraft für sie nicht gälten. Wenn sie von waagerechtem Terrain auf senkrechtes wechseln, scheinen sie ihre Gangart überhaupt nicht zu ändern. Sie drosseln nicht einmal das Tempo. Mit welchen Tricks sie so behende nach oben streben, studierten Wissenschaftler um Kellar Autumn vom Lewis & Clark College in Portland (Oregon) und Robert Full von der University of California in Berkeley. Als Forschungsobjekt diente ihnen der Gecko Hemidactylus garnotii, der ursprünglich aus Südostasien stammt, mittlerweile aber auch in Florida heimisch geworden ist.

Von der Nase bis zur Schwanzspitze waren die Versuchstiere nicht länger als ein Kugelschreiber und brachten kaum zwei Gramm auf die Waage. Auf dem Weg zu einem dunklen Schlupfwinkel mußten sie eine Plattform passieren, die mit Instrumenten zur Kraftmessung bestückt war. Mit einer Videokamera, die pro Sekunde tausend Bilder lieferte, ließen sich die registrierten Kraftkomponenten auch dann bestimmten Bewegungsphasen zuordnen, wenn die Geckos pro Sekunde ein Vielfaches ihrer Körperlänge zurücklegten.

Wie solche Reptilien auch an senkrechten Flächen sicheren Halt finden, ist schon seit einigen Jahren bekannt. Unter ihren Zehen tragen sie dichte Polster aus mikroskopisch kleinen Borsten, die sich ihrerseits in Hunderte von Härchen aufspalten. Jedes Härchen endet in einer spatelförmigen Scheibe. Diese kann sich so eng an den Untergrund schmiegen, dass zwischen benachbarten Molekülen sogenannte Van-der-Waals-Kräfte wirksam werden. Da jede Zehe Millionen solcher Härchen trägt, summieren sich die schwachen elektrostatischen Anziehungskräfte zu einem starken Klebeeffekt.

Die amerikanischen Forscher interessierten sich nun weniger für die Art und Weise, wie die Tiere Halt finden, sondern dafür, wie sie ihre Füße wieder vom Untergrund abheben können. So fest die Borstenpolster der Geckos am Untergrund auch haften - wieder loszukommen erfordert offenbar keine sonderliche Anstrengung. Es genügt, die Zehen etwas zu strecken, damit sich der Winkel zwischen Borsten und Wand vergrößert. Dann löst sich der Kontakt von selbst, wie die Forscher im Journal of Experimental Biology berichten.

Gewöhnlich heben sich rechter Vorderfuß und linker Hinterfuß bereits von der Wand, wenn der linke Vorderfuß und der rechte Hinterfuß Bodenkontakt aufnehmen. Die Geckos benötigen nur wenige Millisekunden, ihre Zehen fest zu verankern. Erstaunlicherweise gelingt es ihnen fast immer, von einem Fuß auf den anderen zu wechseln, ohne ihren Körper dabei merklich abzubremsen. Meist sinkt die Geschwindigkeit, mit der sie die Wand hinaufsprinten, um weniger als zehn Prozent.

Wenn ein Gecko es eilig hat, macht er bis zu 30 Schritte pro Sekunde. Dabei muss er stets darauf achten, dass seine Körperhaltung nicht aus dem Lot gerät. Mit seitlich abgespreizten Beinen kann er seinen Schwerpunkt zwar dicht an der Wand halten. Sein Kopf neigt aber immer wieder dazu, nach hinten zu kippen. Dieses Drehmoment wird dadurch kompensiert, dass die Vorderbeine den Vorderkörper in Richtung Wand ziehen, während die Hinterbeine den Körper in die entgegengesetzte Richtung drücken.

Kleben wie ein Gecko: Wenn es darum geht, neuartige Materialien zu entwickeln, ist die Natur längst zu einer Fundgrube für Naturwissenschaftler und Ingenieure geworden. Ein Reptil wie der Gecko beispielsweise fasziniert Forscher schon seit langem. Scheinbar mühelos klettert das Tier selbst an äußerst glatten Wänden empor, ohne abzustürzen. Als Grund dafür haben die Wissenschaftler bereits vor einiger Zeit winzige Härchen an den Füßen des Reptils identifiziert. Die Verästelungen sind derart fein, dass sich die Härchen in mikroskopisch kleine Unebenheiten der Wandoberfläche setzen. Dort wirken dann sogenannte Van-der-Waals-Kräfte, und zwar zwischen den Molekülen der Oberfläche und denen der Härchen. Diese Kräfte bewirken bei äußerst kleinen Abständen eine hohe Anziehung und garantieren dem Gecko somit Halt.

Forscher der Universität von Kalifornien in Santa Barbara haben sich vom Vorbild der Geckos inspirieren lassen und nun ein Material geschaffen, das eine besondere Rutschfestigkeit an glatten Wänden bewirkt. Im Prinzip handelt es sich bei dem Stoff um herkömmliches Polypropylen. Das Besondere ist die Form des Kunststoffs, die unter dem Elektronenmikroskop sichtbar wird: Ähnlich einem gut gepflegten Rasen wachsen winzige Fasern wie Halme aus der Oberfläche heraus. Und genau diese Fasern sorgen -wenn man einen Gegenstand mit dem Polypropylen beschichtet- für einen ähnlichen Effekt wie die Härchen an den Füßen des Geckos.

Die Kunststoffbeschichtung herzustellen, bedarf es eines komplizierten Verfahrens. Die Wissenschaftler um Ronald Fearing verwenden eine Art Gußform aus Polykarbonat, in der sich winzige Poren befinden, deren Dicke genau dem späteren Durchmesser der Polypropylen-Fasern entspricht. Der eigentliche Gußvorgang, bei dem das Polypropylen in die Form hineinströmt, findet in einem Vakuum-Ofen bei einer Temperatur von 200° C statt. Anschließend wird die Gußform in Methylenchlorid aufgelöst. Zurück bleibt eine Fläche aus Polypropylen, aus der heraus die dünnen Fasern nach oben zeigen.

Die Kunststoff-Fasern haben eine Länge von lediglich 20 Mikrometern und einen Durchmesser von 0,6 Mikrometern, was einem Hundertstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Rund 42 Millionen solcher Fasern finden auf einem Quadratzentimeter der Kunststoffbeschichtung Platz. Das Besondere am Material liegt darin, dass seine Eigenschaften einzig durch die Geometrie der Oberfläche bestimmt werden und nicht -wie etwa bei Gummi- durch seine chemische Zusammensetzung. Herkömmliches Polypropylen besitzt nämlich so gut wie keine Reibung auf einer Glasoberfläche. Wie die Forscher in einem eindrucksvollen Experiment zeigen konnten, bewirkt erst die Gestalt der winzigen Härchen ein Anwachsen der Reibungskraft auf mehr als das Zehnfache des Wertes von normalem Polypropylen.

Zur Demonstration für die Wirksamkeit des Materials beschichteten die Forscher eine Geldmünze mit dem faserförmigen Kunststoff. Ohne Schwierigkeiten hielt die Münze anschließend an einer achtzig Grad steilen Glaswand. Die Forscher betonen allerdings, dass -anders als beim natürlichen Vorbild des Geckos- die Münze nicht an der Glaswand haftet. Würde man das Geldstück senkrecht von der Glasoberfläche abheben, so ließe es sich ohne größeren Kraftaufwand entfernen. Groß ist lediglich die Reibung an der Wand, das heißt der Widerstand gegen sogenannte Scherkräfte, die entlang der Wand nach unten wirken. Deshalb rutscht die Münze nicht zu Boden.

Es liegt auf der Hand, dass ein derartiger Werkstoff zahlreiche Anwendungen finden kann, nämlich überall dort, wo hohe Reibung und zugleich wenig Haftung erwünscht sind. Autoreifen oder Schuhsohlen sind typische Beispiele. Die Forscher arbeiten allerdings auch an Werkstoffen, die sowohl Rutschfestigkeit besitzen als auch gute Hafteigenschaften garantieren.