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Künstliches Biberhaar

02.11.2016

Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine wollähnliche Gummihaut entwickelt, um zu untersuchen, wie sie sich unter Wasser verhält. Diese Arbeit hilft zu verstehen, warum Biberhaare unter Wasser nicht benetzt werden.

Der Grund für die Studie war ein Problem, das eine Gruppe von MIT-Studenten in Thailand gesehen hatte. Jugendliche machen sich Sorgen um die Gesundheit von Surfern, die gezwungen sind, stundenlang im Wasser nass zu werden. Die Idee war, sie mit Kleidung zu versorgen, die kein Wasser hält. Nach ihrer Rückkehr nach Hause wies Teamleiterin Anette (Peko) Hosoi, Professorin für Mechanik und Geschäftsführerin der MIT-Abteilung, die Studenten an, der Sache nachzugehen. Es stellte sich heraus, dass die Häute von Bibern und Seeottern das beste Beispiel dafür sind. Diese Tiere sind mit zwei Arten von Haaren bedeckt, lang und fein, die kürzere, dickere Haare bedecken, die als Unterwolle bezeichnet werden. Biologen sagen, dass lange Haare kein Wasser in die Unterwolle eindringen lassen. Der Mechanismus dieses Phänomens wurde jedoch nicht untersucht.

Anschließend entwickelten die Schüler aus künstlichen Materialien eine exakte Kopie von Biberhaaren. Tausende Löcher wurden in Acrylblöcke gebohrt und Polydimethylsiloxan (PDMS)-Gummibänder wurden darin eingesetzt. Die Gummibänder wurden dann mit Silikonöl geschmiert, um zu sehen, wie sich Lufteinschlüsse bilden, wenn sie in Flüssigkeit getaucht werden.

Nach einer Reihe von Experimenten fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich bei Proben mit dickerem „Fell“ beim schnellen Eintauchen eine dickere Luftschicht zwischen den Haaren bildet. Also erstellten sie ein Modell, um zu beschreiben, wie viel Luft die Wolle bei einer bestimmten Sinkrate aufnehmen würde. Wissenschaftler stellten die Lücken zwischen den Haaren in Form von Röhrchen dar.

„Wir haben festgestellt, dass das Gewicht des Wassers die Luft hineindrückt, aber die Viskosität der Flüssigkeit aufgrund der Tubuli dem Fluss widersteht. Wasser haftet an diesen Haaren und gelangt nicht auf die Haut“, sagen die Wissenschaftler.

Basierend auf Berechnungen und Experimenten haben Wissenschaftler gelernt, vorherzusagen, wie schnell die Luftschicht die Wolle umgibt. Wenn Sie die Dichte und Länge des Fells und die Eintauchgeschwindigkeit kennen, können Sie jetzt ein Material für einen Neoprenanzug erstellen.

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Ein solcher Durchbruch wird die Produktion umweltfreundlicher machen. Zudem hat der neue Elektromotor Vorteile bei den Ressourcenkosten.

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