Der "Sandfisch" als Vorbild für Förder- und Prozesstechniker

02.10.2008 - Deutschland

Er bewegt sich im Sand so schnell wie ein Fisch im Wasser. Der Apothekerskink (lat. Scincus scincus) - im allgemeinen "Sandfisch" - genannt, ist eine etwa 15 Zentimeter lange Echse, die in den Wüsten Nordafrikas und des Nahen Ostens lebt. Förder- und Prozesstechniker könnten von dem unscheinbaren Wüstentier lernen. Denn die Echse, die sich vorwiegend unter der Sandoberfläche aufhält, zeigt, wie man sich äußerst energieeffizient in diesem Element bewegt. Die Erkenntnisse aus der Natur sind auf industrielle Fördertechniken granulärer Materialien übertragbar. Ob Kies, Sand oder Mehl: Grubenbesitzer und Großbäckereien könnten mit optimierter Fördertechnik künftig energieeffizienter, wartungsärmer und damit auch kostengünstiger arbeiten.

Univ.-Prof. Dr. techn. Werner Baumgartner vom Lehr- und Forschungsgebiet Zelluläre Neurobionik der RWTH Aachen und seinen Mitarbeitern ist es erstmals gelungen, dem wendigen Tier beim "Schwimmen" im Sand zuzuschauen. Dazu wurde die Wüstenechse in einem Kernspin-Tomographen beobachtet. "Wir befüllten einen runden Behälter mit Wüstensand, der exakt in die Kopfspule des Tomographen passte", erläutert der Biologieprofessor. In Kooperation mit Kollegen der Universität Würzburg und des Museums König in Bonn wurde die Echse und ihre Bewegungen im Sand sowohl von oben als auch von der Seite bildlich festgehalten. Im Gegensatz zu früheren Annahmen legte der Sandfisch seine Beine nicht an, sondern bewegte diese nach einem festen Schema vor und zurück. "Dies klingt zunächst unlogisch, da Sand Widerstand bietet", bestätigt Werner Baumgartner. "Aber wir fanden heraus, dass er die Beinbewegung sehr gut mit den Schlängelbewegungen des Körpers koordiniert." Das Prinzip ist einem kraulenden Schwimmer ähnlich. Bewegt sich der Kopf beziehungsweise Vorderkörper des Sandfisches beispielsweise nach links, entsteht rechts davon ein Bereich fließenden und damit sehr lockeren Sandes. Durch diesen kann die Echse ihr rechtes Vorderbein leicht nach vorn bewegen. Momente später bewegt sich der Vorderkörper wiederum nach rechts, so dass sich hier der Sand verdichtet. Die Echse ist nun in der Lage, ihr rechtes Vorderbein gut von diesem verfestigten Sand abzustoßen. Durch die prinzipiell gleichen, aber zeitversetzten Bewegungen der anderen Beine generiert der Sandfisch eine effektive und äußerst schnelle Bewegung nach vorn.

Interessanterweise konnten die Biologen nachweisen, dass der Sandfisch sich immer mit der gleichen Frequenz im Sand bewegt. "Durch das Schlängeln der Echse entsteht eine Vibration im Sand", erläutert Werner Baumgartner. "Unsere Untersuchungen zeigten: Die Schlängelbewegung läuft immer bei drei Hertz (drei Bewegungen pro Sekunde) ab." Die Vermutung lag nahe, dass sich die Tiere bei dieser Frequenz am kräftesparendsten fortbewegen können. Der Modellversuch bestätigte die Theorie. Hierfür wurde ein künstlich nachgebauter Sandfisch aus Aluminium auf einem Motor im Sand bei unterschiedlichen Frequenzen vor- und zurückbewegt. Das Ergebnis: Genau bei drei Hertz war die benötigte Kraft für die Fortbewegung am niedrigsten, da die umliegende Sandstruktur am lockersten war.

"Der Sandfisch hat in Millionen von Jahren gelernt, mit granulärem Material gut umzugehen", reflektiert der Aachener Neurobioniker. Die Erkenntnisse aus der Natur bergen viele Chance für innovative technische Anwendungen. "Mit Hilfe von Computer- und Rechenmodellen lassen sich beispielsweise ideale Transportfrequenzen für die unterschiedlichsten granulären Materialien errechnen", erklärt Werner Baumgartner. Förder- und Prozesstechniker können sich also etwas vom Sandfisch abschauen. Aber auch Baustatiker und -ingenieure profitieren von den neuen Erkenntnissen. So lassen sich etwa Erdanker bei Hoch- und Tiefbauten künftig mit optimal errechneten Frequenzen energieeffizient und damit kostensparend in granuläre Bodenschichten einbringen.

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