Klettern wie ein Gecko

Senkrecht Fassaden hochsteigen? Für manche Reptilien ist das dank spezieller Nanostrukturen am Fuß kein Problem. Erstmals haben Forscher sie jetzt so nachgebildet, dass sie einen ganzen Menschen tragen können.

Auf Wiedersehen, Spiderman, hier kommt Geckoman: Forscher an der Stanford University haben ein von Geckos inspiriertes Klettersystem für Menschen entwickelt, mit dem ein Student mit zwei etwa handgroßen Haftplatten eine Glasfassade hochsteigen konnte.

Das Forschungsteam, geleitet von dem Ingenieur Mark Cutkosky, möchte seine Klebtechnik auch in der Produktion einsetzen, etwa bei Greifern für Solarmodule, Bildschirme und andere Objekte, die dann ohne Saugkraft oder chemische Kleber bewegt werden könnten. Mit dem Jet Propulsion Lab der NASA arbeitet das Team daran, die Technik auch bei Robotern verwendbar zu machen.

Die Zehen von Geckos haften so gut, weil sie mit Gruppen von langen, dünnen, schaufelförmigen Gebilden namens Setae bedeckt sind. Diese erhöhen die Oberfläche und verstärken schwache elektrische Anziehungen zwischen den Zehen und einer Oberfläche. Wenn das Tier sein Gewicht verlagert, lösen sich die Zehen problemlos. Und sie können immer wieder haften, ganz anders als die meisten von Menschen gemachten Klebstoffe.

Forscher haben schon viele künstliche Klebstoffe entwickelt, die auf dieselbe Weise funktionieren, beispielsweise mit Gruppen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder winzigen Keilen aus Gummi; in beiden Fällen sollte die große Oberfläche der Gecko-Füße nachgebildet werden. Doch diese Mechanismen funktionierten nur bei geringen Gewichten gut.

Für höhere Gewichte sind Materialien mit noch größerer Oberfläche erforderlich: Nach den bisherigen Verfahren bräuchte ein 70 Kilogramm wiegender Mensch zum Ersteigen einer Wand Haftplatten, die mindestens zehnmal so groß sind wie eine menschliche Hand. "Gecko-Haftung im größeren Maßstab ist eine Herausforderung", sagt Cutkosky.

Im Sommer hatte die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) bekanntgegeben, im Rahmen ihres Programms Z-Man sei zum ersten Mal ein auf Gecko-Haftung basierendes Steigsystem entwickelt worden, mit dem eine Person eine Wand hochklettern kann. Details dazu nannte die Forschungsagentur nicht. Die Gruppe aus Stanford, die jetzt ihr System vorstellte, war jedoch an dem DARPA-Projekt beteiligt. Sie hat ihre Arbeit Mitte November in der Fachzeitschrift Journal of the Royal Society Interface vorgestellt.

Das Stanford-System basiert auf einer bestehenden Hafttechnologie auf der Grundlage von Mikrokeilen aus einem Polymermaterial namens PDMS. Die Forscher brachten kleinste Kacheln aus dem Material auf einer ebenen, achteckigen Greifplatte in Handgröße an. Hinzu kommt eine Feder, die das Gewicht über die gesamte Platte verteilt und einen Teil der beim Klettern aufgebrachten Kraft absorbiert. Um den Aufstieg leichter zu machen, verbanden die Forscher die Platten außerdem mit Standflächen für die Füße des Kletterers, so dass die einen Teil der Steigarbeit übernehmen können.

Jeffrey Karp, ein Bioingenieur am Brigham and Women's Hospital in Boston, weist darauf hin, dass der Test auf einer sehr glatten, sauberen, ebenen Oberfläche stattfand. Er ist Mitgründer eines Unternehmens namens Gecko Biomedical, das ein von der Natur inspiriertes Klebemittel für Operationen kommerzialisieren will. Laut Karp werden die Stanford-Forscher noch zeigen müssen, dass ihr System auch in weniger perfekten Umgebungen funktioniert. In der echten Welt müsse ein Steigsystem auch mit Feuchtigkeit, Regen, Pollen, Staub und anderen Verschmutzungen zurechtkommen, merkt er an.

Bald will die Stanford-Gruppe ihr System sogar in extremen Bedingungen testen. In diesem Monat gab es bereits Versuche auf einem Schwerelosigkeitsflug mit der NASA. Wie sich zeigte, funktionierte auch hier alles. (bsc)