Manchmal verbergen sich die innovativsten Lösungen für technologische Probleme direkt vor unserer Nase, oder besser gesagt, in unserem eigenen Hinterhof. Dies ist der Fall Zikaden, häufige Insekten die geheimnisvolle Teilchen produzieren, die man nennt Brochosomen. Diese winzigen Juwelen der Natur könnten der Schlüssel zur Entwicklung revolutionärer optischer Materialien sein Unsichtbarkeitsgeräte bis hin zu Beschichtungen, um Sonnenenergie effizienter einzufangen.
Ein Forscherteam der Penn State University hat die Geheimnisse der Brochosomen gelüftet und damit den Weg für eine neue Generation bioinspirierter Technologien geebnet.
Die magischen Antireflexions-„Ballons“.
Stellen Sie sich eine winzige Hohlkugel vor, die nur 600 Nanometer groß ist (etwa halb so groß wie ein Bakterium) und deren Oberfläche mit 200 Nanometer großen Löchern übersät ist. Ein Wunderwerk der Naturtechnik: Es handelt sich um das Brokosom, das Partikel, das Zikaden produzieren, um ihren Körper zu bedecken.
Aber wozu dienen diese seltsamen, mikroskopisch kleinen „Ballons“? Seit Jahrzehnten rätseln Wissenschaftler über diese Frage. Einige vermuteten, dass sie dazu dienten, Insekten sauber zu halten, andere, um sie wasserabweisend zu machen.
Heute dank der Arbeit des Teams unter der Leitung von Professor Tak Sing Wong, wir haben eine überraschende Antwort. Brochosomen sind ein hochentwickeltes Antireflexsystem, Kann bis zu 94 % des einfallenden Lichts absorbieren!
Zikaden: unsichtbar für Raubtiere (und nicht nur)
Warum um alles in der Welt sollten sich Zikaden Gedanken über die Lichtreflexion machen? Ganz einfach: um nicht von Raubtieren gesehen zu werden. Viele Tiere, die diese Insekten jagen, wie Vögel und Reptilien, haben ein Sehvermögen, das bis in den ultravioletten Bereich reicht. Und rate was? Brochosomen eignen sich perfekt für die präzise Absorption von UV-Wellenlängen und bilden Zikaden für ihre Feinde praktisch unsichtbar.
Aber das ist noch nicht alles. Die Forscher fanden heraus, dass die Größe der Löcher in der Oberfläche der Brochosomen auch entscheidend für die Streuung des sichtbaren Lichts ist und so eine Art rundum „Antireflexionsschild“ entsteht. Kurz gesagt, dank dieser erstaunlichen Partikel können Zikaden buchstäblich aus dem Blickfeld „verschwinden“. Spüre es auch dieser gute Geruch von Biomimetik, WAHR? Die Wissenschaft, die die genialen Lösungen der Natur zur Lösung technischer Probleme „kopiert“. Ich bin verrückt danach.
Vom Buzzer bis zu den Technologien der Zukunft
Ich weiß, jemand (der den Artikel paradoxerweise vielleicht nicht einmal liest und bei den Schlagzeilen in den sozialen Medien stehen bleibt) wird sagen: Alles sehr faszinierend, aber was hat das mit uns Menschen zu tun? Nun ja, sehr. Das Verständnis der Mechanismen, die den optischen Eigenschaften von Zikaden-Brochosomen zugrunde liegen, könnte den Weg für unzählige technologische Anwendungen ebnen.
Denken Sie an Geräte, die uns unsichtbar machen können, genau wie die Tarnumhänge in den Harry-Potter-Filmen. Oder hocheffiziente Beschichtungen für Solarmodule, die Licht einfangen, ohne es zu reflektieren. Und was ist mit ultrastarken Sonnenschutzmitteln oder optischen Verschlüsselungssystemen, bei denen Daten nur bei bestimmten Wellenlängen sichtbar sind? Die Möglichkeiten sind praktisch endlos.
Wie baut man künstliche Brochosomen?
Bevor die Forscher das Potenzial der Brochosomen voll ausschöpfen konnten, mussten sie ein erhebliches Hindernis überwinden: Sie mussten sie im Labor replizieren. Ihre Geometrie ist so komplex, dass ihre Reproduktion für Wissenschaftler lange Zeit ein Rätsel war.
Aber das Team von Penn State gab nicht auf. Mithilfe hochentwickelter 3D-Drucktechniken gelang es ihnen, synthetische „Fotokopien“ von Brochosomen zu erstellen, die im Vergleich zu ihrer natürlichen Größe (etwa ein Fünftel des Durchmessers eines menschlichen Haares) um das 20.000-fache vergrößert waren. Ein wahres Meisterwerk des „Reverse Engineering“, das es ermöglichte, das optische Verhalten dieser Teilchen im Detail zu untersuchen.
Kurz gesagt
Kommen Sie sottolinea Lin Wang, Erstautor der Studie (dass ich dich hier verlinke) ist die Natur ein unglaublicher Lehrmeister für Materialwissenschaftler. Zikaden sind nur eines von vielen Beispielen für Tiere, die wertvolle Geheimnisse für technologische Innovationen bergen. „Es sind nicht nur Insekten“, sagt Wang. „Ich bin eine Inspirationsquelle.“
Hinter dem winzigen Körper einer Zikaden verbirgt sich ein Wunder der optischen Ingenieurskunst, das Ergebnis von Millionen Jahren Evolution. Ein Wunderkind, das uns, wer weiß, eines Tages Technologien bescheren könnte, die eines Science-Fiction-Films würdig wären.
