Geheimnis der Schmetterlingsflügel gelüftet
Fortgeschrittene bildgebende Verfahren für künftige Oberflächen mit vielen Eigenschaften genutzt
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Distelfalter: Flügel werden zum Vorbild für neue Technologien (Foto: Ralph, pixabay.com) |
Cambridge/Salzburg (pte018/27.06.2024/11:33)
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Paris Lodron Universität Salzburg haben fortgeschrittene bildgebende Verfahren eingesetzt, um die ersten Momente des Werdens eines Schmetterlingsflügels mit seinen Schuppen in höchster Auflösung zu filmen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse dienen der Entwicklung neuer Oberflächen von Textilien, Gebäuden, Fahrzeugen und nahezu allen anderen Objekten mit maßgeschneiderten optischen, thermischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften.
Wasser wird abtransportiert
Laut den MIT-Forschern Peter So, Jörn Dunkel sowie Mathias Kolle trägt die gewellte Oberfläche der Schuppen dazu bei, Wasser abzutransportieren, Wärme zu leiten und Licht zu reflektieren, um dem Schmetterling seine charakteristischen Farben zu geben. Die Aufnahmen sind entstanden, als die Schmetterlinge begannen, ihre Puppen zu verlassen. Das Team hat kontinuierlich einzelne Schuppen aufgenommen, während sie aus der Flügelmembran herauswuchsen.
Die Bilder zeigen zum ersten Mal, wie sich die zunächst glatte Oberfläche einer Schuppe zu mikroskopisch kleinen, parallelen Wellen kräuselt. Diese kräuselnden Strukturen wachsen schließlich zu fein gemusterten Rippen heran, die die Funktionen einer erwachsenen Schuppe bestimmen. "Angesichts der Multifunktionalität von Schmetterlingsschuppen hoffen wir, diese Prozesse zu verstehen und nachzubilden, mit dem Ziel, neue Funktionsmaterialien nachhaltig zu entwickeln", so Kolle.
Die Aufnahme der Bilder haben bemerkenswertes Fingerspitzengefühl gefordert. Die Forscher schnitten die papierdünne Hülle der Puppe des Insekts vorsichtig auf und legten eine kleine Fläche frei. Diese bedeckten sie mit einem kleinen Glasobjektträger und setzten dann eine von So entwickelte Mikroskoptechnik ein, um kontinuierlich Bilder der Schuppen aufzunehmen, während sie sich verwandelten und ihre endgültige Form annahmen.
Distelfalter als "Versuchskaninchen"
Als "Versuchskaninchen" haben die Forscher aufgrund seiner Schuppenarchitektur den Distelfalter ausgewählt. Sie beobachteten, wie die Schuppen des Falters entlang einer Flügelmembran in präzisen, sich überlappenden Reihen wuchsen, wie Schindeln auf einem Dach. "Wir wollten auch lernen, wie die Natur die komplexen Strukturen herstellt. Wenn man eine faltige Oberfläche herstellen möchte, die für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich ist, dreht die Natur an zwei Reglern."
Den Experten nach werden dabei die Abstände geändert, in denen das Material fixiert wird, oder die Menge an Material, die zwischen den fixierten Abschnitten wächst. "Wir haben gesehen, dass der Schmetterling beide Strategien anwendet", heißt es abschließend. Jetzt will das Team seine Erkenntnisse in technische Oberflächen umsetzen.
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