Behaarte U-Boote

Atlanta (USA) - Segelflieger gleiten mit dem Wind, U-Boote sollten mit der Strömung gleiten können, um Treibstoff zu sparen. Damit sie die Strömung aber erkennen können, dürfte eine Technik helfen, die das Seitenlinienorgan von Unterwassertieren nachempfindet. Winzige Haare für die Außenhaut haben US-Forscher jetzt entwickelt und mithilfe eines Hydrogels an der Spitze empfindlicher gemacht. Der Prototyp des Strömungssensors nimmt nun Wasserströmungen von nur 2,5 Mikrometern pro Sekunde wahr.

"Das Gel dient dazu, das Haar mit dem umgebenden Wasser in Verbindung zu setzen", erklärt Vladimir Tsukruk, Oberflächeningenieur und Professor am Georgia Institute of Technology gegenüber NewScientist. Sein Team um den Doktoranden Michael McConney und jenes um Chang Liu von der Northwestern University hatte aus einem Polymer winzige, nur 550 Mikrometer (Millionstel Millimeter) lange Härchen gebaut. Auf einer Basis aus piezoelektrischem Material verankert, entsteht eine Spannung, wenn das Haar gebeugt wird - etwa von einem Wasserstrom. Der Sensor aus dem bloßen Kunststoffhaar jedoch nahm nur Wasserströmungen von mehr als 100 Mikrometern pro Sekunde wahr.

Zur Steigerung der Empfindlichkeit orientierte sich das Team an der Tierwelt. Manche Wassertiere besitzen Seitenlinienorgane namens Neuromasten: mikroskopisch feine Haare, in der Haut verankert, an deren Spitze ein Schleimtropfen sitzt. Die Forscher griffen also zu einem Hydrogel, um ihre Haarspitze zu verdicken. Mithilfe einer Spritze trugen sie wiederholt eine Gelschicht auf, bis der Faserdurchmesser um ein Mehrfaches gewachsen war. Nun reagierte der Sensor bereits auf Wasserströmungen von nur 2,5 Mikrometern pro Sekunde. Die Empfindlichkeit war um das 40-Fache gestiegen. Insgesamt ist das künstliche Organ rund fünfmal so lang wie das an den Fischen. Allerdings ist es damit perfekt an die Größe autonomer Mini-U-Boote angepasst, die eigenständig im Meer navigieren und möglichst viel Energie sparen sollten.

Zur Hardware fehlt jetzt allerdings noch die passende Software. Als nächstes müssten die Forscher ein Programm entwickeln, das die zeitgleichen Rückmeldungen von Hunderten solcher Haarsensoren analysiert und interpretiert.