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Die Tarnstrategie dieses Insekts könnte uns helfen, ein Tarngerät zu bauen

Die Tarnstrategie dieses Insekts könnte uns helfen, ein Tarngerät zu bauen


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Von Zikadeninsekten geschwitzte Mikropartikel könnten Wissenschaftlern und Ingenieuren eine Antwort auf die Herstellung eines Tarngeräts geben. Zumindest glaubt das ein Team von Ingenieuren an der Penn State University.

Die als Brochosomen bezeichneten Mikropartikel werden vom Insekt ausgeschieden, um seine Flügel bei Nässe trocken zu halten. Die Brochosomen sind hydrophob und halten daher ihre empfindlichen Flügel trocken, indem sie Wasser abweisen.

Sie haben auch den praktischen Nebeneffekt, dass sie den kleinen Lebewesen von Raubtieren Tarnung verleihen, wie sich herausstellt.

Die Sekrete dienen gleichzeitig als Tarnung

Das Team stellte fest, dass die sekretierten Brochosomen die Wellenlängen des Lichts so zu verändern scheinen, dass sie als biologisches Tarngerät fungieren.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass Zikaden diese Mikropartikel extrudieren und sie an ihren Flügeln abwischen. Was bisher jedoch nicht verstanden wurde, war, dass die Sekrete es den Zikaden und ihren Eiern ermöglichen, sich in ihren Hintergrund einzufügen. Dies machte die Erwachsenen und Eier für ihre Raubtiere wie den Marienkäfer praktisch unsichtbar.

Das Geheimnis der Mikropartikel scheint ihre physikalische Struktur zu sein. Jedes fußballähnliche Granulat ist mit nanoskaligen Vertiefungen bedeckt. Diese Vertiefungen haben genau die richtige Größe, um Licht zu absorbieren, zumindest in einem bestimmten Bereich des Spektrums.

Das Team würde versuchen, sie künstlich herzustellen.

"Wir wussten, dass unsere synthetischen Partikel aufgrund ihrer Struktur optisch interessant sein könnten", erklärt Tak-Sing Wong für Penn State in einer Erklärung. Er ist der Assistenzprofessor für Maschinenbau Wormely Family Early Career Professor für Ingenieurwissenschaften am Penn State.

"Wir wussten nicht, bis mein ehemaliger Postdoc und Hauptautor der Studie, Shikuan Yang, in einem Gruppentreffen darauf hinwies, dass der Leafhopper diese nicht klebrigen Beschichtungen mit einer natürlichen Struktur herstellte, die unseren synthetischen sehr ähnlich war. Das führte uns sich zu fragen, wie der Zikaden diese Partikel in der Natur verwendet hat. "

Die Gruben sind das Geheimnis

Es wurde festgestellt, dass die Vertiefungen der Teilchen sehr nahe an der Wellenlänge des Lichts liegen. Diese Gruben ermöglichten es den Partikeln, Licht zu absorbieren und die Insekten nahezu unsichtbar zu machen. Die Partikel wirken effektiv wie ein Metamaterial, die Art von Material, das in Tarnvorrichtungen verwendet wird.

Das Problem ist, dass diese Zikaden auf dem Feld nur sehr wenig von diesem Produkt produzieren und es sehr schwer zu sammeln ist ", sagte Wong." Aber wir hatten bereits große Mengen dieser Strukturen im Labor hergestellt, genug, um sie in eine Maschine zu stecken ihre optischen Eigenschaften zu betrachten. "

Das Forschungsteam veröffentlichte eine Studie, in der versucht wurde, die Sekrete in Nature Communications zu synthetisieren. Dem Ingenieurteam gelang es, ein synthetisches Material zu entwerfen, das die Eigenschaften der Brochosomen des Zikadens nachahmt. Zu diesem Zweck entwickelten sie einen fünfstufigen Prozess, der eine sogenannte elektrochemische Abscheidung beinhaltete.

Das Team testete die künstlichen Brochosomen, indem es sie auf Blätter legte und sie mit simuliertem Insektenblick beobachtete. Interessanterweise fingen die synthetischen Partikel etwa 99% des Lichts über das gesamte Spektrum von UV bis nahem Infrarot ein. Sie verschmolzen effektiv mit dem Hintergrund.

Natürlich ist Tarnung in der Natur nicht gerade selten, aber es gibt nur sehr wenige Beispiele für natürliche Antireflexbeschichtungen wie diese. Mottenaugen sind jedoch eine bemerkenswerte Ausnahme. Mottenaugen haben antireflexive Nanostrukturen, die verhindern, dass nachts Licht von ihnen reflektiert wird. Dies hilft ihnen, sich nachts vor nächtlichen Raubtieren zu verstecken.

Richtige Werkzeuge für den Job

Der Synthesevorgang sollte skalierbar sein. Ferner könnten die synthetischen Brochosomen theoretisch aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Dies könnte Metalle wie Gold oder Silber bis zu Verbindungen wie Manganoxid umfassen. Die Forscher glauben, dass jedes Material neben Tarnvorrichtungen seinen eigenen Zweck und seine eigenen Anwendungen haben würde.

"Zum Beispiel ist Manganoxid ein sehr beliebtes Material, das in Superkondensatoren und Batterien verwendet wird. Aufgrund seiner großen Oberfläche könnte dieses Partikel eine gute Batterieelektrode bilden und eine höhere chemische Reaktionsgeschwindigkeit ermöglichen", erklärte Tak-Sing Wong .

Weitere vom Team vorgeschlagene Anwendungen waren eine Antireflexbeschichtung für Sensoren oder Kameras. Es kann auch besonders nützlich in Teleskopen sein. Diese Vorrichtungen würden von einer verringerten Lichtreflexion profitieren, die das Signal-Rausch-Verhältnis beeinflusst. Es könnte auch Anwendungen in Solarzellen haben, um die Lichtaufnahme bei verschiedenen Wellenlängen und Winkeln zu erhöhen.

Wong erklärt, dass dies eine "grundlegende Studie" ist. "In Zukunft könnten wir versuchen, die Struktur auf längere Wellenlängen auszudehnen. Wenn wir die Struktur etwas größer machen würden, könnte sie längere elektromagnetische Wellen wie das mittlere Infrarot absorbieren und weitere Anwendungen in der Sensorik und Energiegewinnung eröffnen?"

Könnten sie verwendet werden, um ein Tarngerät herzustellen?

Wie sich herausstellt, sind die Partikel ein Produkt des endlosen Tanzes von Raubtier und Beute in der Natur. So beeindruckend die Eigenschaften dieser Mikropartikel auch sind, sie sind auf die enge Beziehung zwischen dem Zikaden und seinen Raubtieren abgestimmt. Besonders die Art und Weise, wie der Marienkäfer sehen kann.

Es ist unwahrscheinlich, dass ein praktisches Tarngerät in Einheitsgröße direkt aus der Arbeit des Teams stammt, aber es ist ein interessanter Weg, den es zu erkunden gilt. Die Struktur dieser natürlichen Metamaterialien und weitere Experimente in ihrer Synthese könnten in Zukunft etwas sehr Interessantes ergeben.

Im Moment müssen wir uns mit ihren potenziellen Anwendungen in der vorhandenen Technologie zufrieden geben. Insbesondere diejenigen, die Lösungen zur Reduzierung des Lichtreflexionsvermögens benötigen. Ihre potenziellen Anwendungen in der Solarindustrie könnten, wie sie sagen, „einige Beine“ haben.

Was auch immer die praktischen Anwendungen dieser Entdeckung sein mögen, nur die Zukunft wird es zeigen. Aber eine solche Biomimik könnte dennoch ein interessanter Weg sein, um sie zu erkunden. Wer weiß, eines Tages könnte es zu einem echten biologisch inspirierten Tarngerät führen.


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