Rillen und Beulen – der Panzer ­eines Skorpions

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Weshalb der Panzer ­eines Skorpions alles andere als glatt ist

Der Verschleiss durch Abnützung, die sog. «Partikel-Erosion», führt bei Maschinen zu Kosten. Besonders betroffen sind mechanische Teile wie z. B. Helikopterrotoren oder Turbinenschaufeln, die sich sehr schnell durch Luft oder Wasser bewegen. Der Schaden entsteht dann, wenn harte Partikel auf die Oberfläche prallen und diese langsam abtragen. Zwar lässt sich diese Abnützung durch den Einsatz härterer Materialien umgehen, doch sind sie wesentlich teurer.

Wissenschaftler der Jilin-Universität haben nun den Panzer eines Wüstenskorpions untersucht. Das Tier lebt in der nordafrikanischen Wüste, in unwirtlicher Umgebung. Die schweren Sandstürme hier machen jedem Lebewesen zu schaffen. Wie schützen sich die Skorpione? Die gemachten Erkenntnisse sollten zu Innovationen führen, mit denen mechanische Teile vor Abnützung geschützt werden können.

Die Forscher untersuchten den Panzer des Skorpions mit einem 3D-Laser und erstellten ein detailliertes Oberflächenprofil. Die Oberfläche ist voller mikroskopischer Beulen und Rillen. Um zu verstehen, welchen Vorteil der Skorpion davon hat, stellten sie den Panzer zunächst in einen virtuellen «Windkanal» und simulierten das System auf einem Computer. Vergleiche mit einer glatten Oberfläche brachten es ans Licht:

Der Skorpion-Panzer ist deutlich im Vorteil. Seine besondere Struktur provoziert Wirbel. Sie wirken als Schutz gegen die vom Wind mitgetragenen Partikel. Die harten Teilchen schlugen weniger häufig und mit geringerer Geschwindigkeit auf der Oberfläche auf. Ein Test mit Sand in einem realen Windkanal bestätigte, dass bei der spezialisierten Oberfläche weniger Material abgetragen wird als bei einer glatten.

Es ist erstaunlich, wie der Skorpion unter schwierigsten Bedingungen überleben kann. Ein Grund dafür ist das ausgeklügelte Design seiner Oberfläche.

 

Quelle: factum // Han Zhiwu, Zhang Junqiu, Ge Chao, Wen Li, Luquan Ren. Erosion Resistance of Bionic Functional Surfaces Inspired from Desert Scorpions. Langmuir, 2012 // BILD: ©Wikpedia/ChrisO