Gehen wie ein ... Gecko?

Tierische Fußsohlen als Vorbild für ein Polymer, das auf Eis haftet

05.02.2025

Geckozehen inspirieren ein neues Material, das durch Kapillarwirkung auf rutschigem, nassem Eis haftet (Symbolbild).

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Eine Lösung für Verletzungen durch Ausrutschen und Stürze könnte unter den Füßen zu finden sein - buchstäblich. Die Fußsohlen von Geckos haben hydrophile (wasserliebende) Mechanismen, die es den kleinen Tieren ermöglichen, sich leicht über feuchte, glatte Oberflächen zu bewegen. Forscher berichten in ACS Applied Materials & Interfaces, dass sie Silikonkautschuk mit Zirkoniumdioxid-Nanopartikeln angereichert haben, um ein von Geckos inspiriertes, rutschfestes Polymer herzustellen. Das Material, das auf Eis haftet, könnte in Schuhsohlen eingebaut werden, um Verletzungen beim Menschen zu verringern.

Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation sind Ausrutscher und Stürze jedes Jahr für mehr als 38 Millionen Verletzungen und 684.000 Todesfälle verantwortlich. Und fast die Hälfte dieser Unfälle ereignet sich auf Eis. Derzeitige rutschfeste Schuhsohlen basieren auf Materialien wie Naturkautschuk, die die flüssige Wasserschicht abweisen, die sich an einem Regentag auf dem Gehweg befindet. Auf gefrorenen Gehwegen können Schuhsohlen mit diesen Materialien jedoch dazu führen, dass das Eis durch den Druck des Trägers schmilzt und die rutschige Oberfläche entsteht, vor der die Schuhe eigentlich schützen sollen.

Frühere Studien an Geckofüßen haben zu neuen Ideen für die Entwicklung wirksamerer rutschhemmender Polymere geführt. In diesen Arbeiten wurde festgestellt, dass die Klebrigkeit der Fußsohlen durch hydrophile, kapillarverstärkte Adhäsion zustande kommt: Die Kraft des Wassers, das in schmale Rillen im Fußballen gesaugt wird, erzeugt einen Sog, der der Eidechse hilft, auf rutschigen Oberflächen zu navigieren. Vipin Richhariya, Ashis Tripathy, Md Julker Nine und Kollegen wollten ein Polymer mit kapillarverstärkter Adhäsion entwickeln, das auf regnerischen Gehwegen und gefrorenen Oberflächen funktioniert.

Die Forscher begannen mit einem Silikonkautschukpolymer und fügten Nanopartikel aus Zirkoniumdioxid hinzu, damit das Material Wassermoleküle anzieht. Nachdem sie das Kompositmaterial zu einem dünnen Film gerollt hatten, härteten sie ihn mit Hitze und brannten mit einem Laser ein Rillenmuster auf die Oberfläche des Films, das die hydrophilen Zirkoniumdioxid-Nanopartikel freilegte. Wenn die Folie auf Wassermoleküle auf dem Eis traf, blieb sie an der rutschigen Oberfläche haften, weil das Polymer die Kapillarwirkung von rutschfesten Gecko-Fußsohlen nachahmte. Sie testeten fünf Versionen des gemusterten Nanokompositmaterials mit unterschiedlichen Gewichtsanteilen an Zirkoniumdioxid-Nanopartikeln: 1 %, 3 %, 5 %, 7 % und 9 %.

Mithilfe von Infrarotspektroskopie und simulierten Reibungstests fanden die Forscher heraus, dass die rutschfestesten Nanokomposite 3 und 5 Gewichtsprozent Zirkoniumdioxid-Nanopartikel enthielten. Neben einer von der Natur inspirierten rutschfesten Schuhsohle könnte diese Technologie laut dem Team auch für medizinische Innovationen wie elektronische Haut und künstliche Haut verwendet werden, bei denen Polymere mit einer Flüssigkeitsschicht zwischen zwei verschiedenen Oberflächen interagieren.

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Originalveröffentlichung

Vipin Richhariya, Ashis Tripathy, Oscar Carvalho, Jose Gomes, Md Julker Nine, Filipe Samuel Silva; "Capillary-Enhanced Biomimetic Adhesion on Icy Surfaces for High-Performance Antislip Shoe-Soles"; ACS Applied Materials & Interfaces, 2024-12-26

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