Forscher des Italian Institute of Technology haben einen weichen, biologisch abbaubaren und löslichen Klettverschluss entwickelt, der auf der Mikroringstruktur der Blätter einer Pflanze namens „Hänger“ basiert.
Das Team nutzte das neu hergestellte Material, um kleine Geräte zu bauen, die die Gesundheit der Kulturpflanzen überwachen, um sie bei Bedarf mit Medikamenten und Nährstoffen zu versorgen. Alles im Rahmen eines Forschungsprojekts veröffentlicht in der Zeitschrift Communications Materials.
Klettverschluss, Geburt eines kleinen Sterns
Der Schöpfer von Velcro war ein Schweizer Ingenieur namens George de Mestral. 1948 nahm sich de Mestral einen zweiwöchigen Urlaub von der Arbeit, um auf die Jagd zu gehen: Beim Wandern mit seinem irischen Vorstehhund im Juragebirge wurde er von wilden Klettensamen gequält. Diese Schurken hefteten sich unerbittlich an seine Kleidung und das Fell des Hundes. Hartnäckig, sehr hartnäckig.
Bis zu dem Punkt, an dem De Mestral einige von ihnen unter dem Mikroskop untersuchen wollte.
Er bemerkte, dass die Außenseite jedes Samenkorns mit Hunderten winziger Haken bedeckt war, die an Fadenschlaufen oder, im Fall des Hundes, an Fellschlaufen befestigt waren. Und ihm kam eine Idee. Velcro war geboren (aus den französischen Wörtern VELours, „Samt“, und CROchet, „Haken“).
Der 1960 eingeführte Klettverschluss war kein sofortiger Erfolg, aber die NASA fand ihn für Astronauten nützlich. Von diesem Moment an begann der Aufstieg bis zum Verkauf von 60 Millionen Laufmetern pro Jahr: Der gute De Mestral war bei seinem Tod im Jahr 1990 Multimillionär.
Heute ist es praktisch überall
Klettverschluss wird in vielen Dingen wie Schuhen, Rucksäcken, Brieftaschen, Jacken und Riemen verwendet. Sie verwendeten es sogar, um einem menschlichen Herzen zu helfen, während der ersten künstlichen Herztransplantation zusammenzuhalten. Da der Klettverschluss aus Nylon besteht, ist die Idee, eine biologisch abbaubare Version davon herzustellen, fantastisch. Wie wurde es entwickelt?
Der Wissenschaftler Isabella Fiorello und seine Kollegen wollten neue Wege finden, um Pflanzen zu überwachen. Sie fragten sich, ob es eine Möglichkeit gäbe, ihre Geräte an den Blättern zu befestigen, ohne sie zu beschädigen. Sie hatten zwei Möglichkeiten: sie chemisch zu verkleben oder Mikronadel-Patches zu verwenden.
Schließlich fanden sie ihre Inspiration in der gewöhnlichen krautigen Pflanze (Galium-Aparine). Er kann auf dem Boden dichte Knäuel bilden, und obwohl er fast 2 Meter (6 Fuß) groß wird, kann er nicht alleine aufstehen und verwendet andere Pflanzen zur Unterstützung. Dafür stützt es sich auf einen Mikrohaken-Verankerungsmechanismus.
Das italienische Team hat diese kleine Struktur sehr genau untersucht und dann mit einem 3D-Drucker künstliche Versionen davon erstellt. Der "natürliche" Klettverschluss wurde mit verschiedenen Materialien getestet, darunter lichtempfindliche und biologisch abbaubare auf Isomaltbasis (ja, das, das auch für Kuchen verwendet wird). Es funktionierte.
Ein biologisch abbaubarer Klettverschluss, um Pflanzen zu helfen
Als erste Anwendung entwarf das Team ein Gerät, das die Kutikula einer Pflanze mit minimaler Invasivität durchdringen kann, wodurch die Pflanze überwacht und nach Bedarf behandelt werden kann. Die Mikrohaken aus „Velcro“ mit Isomalt heften sich an das Gefäßsystem der Blätter und lösen sich dann im Inneren auf, da das Isomalt löslich ist.
Die Experimente zeigten, dass die künstlichen Mikronadeln als "Smart Release"-Pflaster verwendet werden könnten, um so wenig Pestizide wie möglich zu verwenden. Biologisch abbaubare Klettpflaster lösen sich nach dem Auftragen auf, sodass kein Abfall entsteht.
Das Team druckte auch Haken aus einem lichtempfindlichen Harz und montierte sie zusammen mit Licht-, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren zu intelligenten Clips. Diese Clips werden an einzelnen Blättern befestigt, um Daten drahtlos mit einer benutzerdefinierten Software zu übertragen.
Der Prototyp konnte bis zu 50 Tage bei Wind messen. Das Gerät kann für botanische Anwendungen im kleinen oder größeren Maßstab verwendet werden, z. B. wenn Landwirte viele Geräte einsetzen, um große Anbaugebiete besser zu kartieren und zu überwachen.
Die nächsten Schritte
Das Team von Dr. Fiorello hat nicht nur einen biologisch abbaubaren Klettverschluss entwickelt, ich glaube, ich habe das geklärt. Aber es leistete auch mehr als das fortschrittliche System zur Überwachung und Fütterung der Pflanzen. Es hat auch eine Art Mikro entwickelt, das sich in kleinen Schritten auf der Blattoberfläche bewegen kann. Es bewegt sich wie eine Pflanze. Ein Mechanismus ähnlich dem, der zuvor im SpinyBot von . demonstriert wurde Stanford University, und in CLASH-Roboter von Berkeley, das auf hängenden und losen Stoffoberflächen wie Vorhängen klettern kann.
Der Italiener hat jedoch noch etwas mehr. „Soweit wir wissen, ist dies die erste von Pflanzen inspirierte Proof-of-Concept-Maschine, die in der Lage ist, sich auf einem Blatt zu bewegen“, schreiben die Autoren. Dafür müssen jedoch Hindernisse überwunden werden: Zunächst muss man verstehen, wie man einen solchen Roboter unter atmosphärischen Bedingungen wie externen bedient.
