Science
19.11.2014

Mit Haftpads Glaswände hinaufklettern wie ein Gecko

Forscher der Stanford-Universität haben die Klebfüße der Echsen nachempfunden und sogar noch verbessert. Damit kann ein 70 Kilo schwerer Mensch eine Glaswand bezwingen.

Mit Haftpads an den Händen können Menschen dank einer neuen Technik wie ein Gecko die Wand hochgehen. Zwei handflächengroße Auflagen genügten, damit ein 70 Kilo schwerer Mensch eine Glaswand bezwingen könne, berichteten Forscher der Stanford-Universität in Kalifornien. Sie hätten sich vom Gecko und seinen haftfähigen Füßen inspirieren lassen, das Prinzip der Haftung aber entscheidend verändert.

Die zwei Haftflächen von je 140 Quadratzentimetern sind dabei jeweils in eine Kunststoffscheibe eingebunden. An ihr ist eine Stange befestigt, an der eine Trittfläche hängt. Ein Mensch kann auf die beiden Trittflächen steigen und sich mit den handgroßen Pads eine Glaswand hochziehen, indem er sie abwechselnd löst und wieder festklebt.

Bisherige Versuche erfolglos

„Seit der Entdeckung des Mechanismus der Anhaftung bei Geckos sind viele künstliche trockene Haftmittel mit wünschenswerten geckoartigen Eigenschaften entwickelt worden“, schreiben die Forscher um Elliot Hawkes im „Journal of the Royal Society Interface“.

Bisher habe man die Haftfläche und die Tragkraft dieser Mittel aber nur in geringem Maße steigern können. Wenn man das Gecko-Prinzip für einen 70 Kilogramm schweren Menschen verwenden wolle, müsse die Haftfläche pro Hand den Wissenschaftern zufolge 1.200 Quadratzentimeter betragen - also fast doppelt so viel wie die Fläche eines Tennisschlägers. Dabei sei ein Sicherheitsfaktor noch nicht eingerechnet.

Handflächengroßes Haftgerät

Hawkes und Kollegen hingegen wollten ein handflächengroßes Haftgerät entwickeln. Dazu veränderten sie zuerst die Struktur auf der kleinsten Ebene des hierarchisch angelegten Haftsystems eines Gecko-Fußes. Statt spezieller Borsten, die sich am oberen Ende in Härchen aufsplitten, verwendeten die Forscher keilförmige Mikrostrukturen aus dem Kunststoff Polydimethylsiloxan.

Der Vorteil: Die Keile verlieren umso mehr an Steifigkeit, je stärker sie durch das Andrücken verschoben werden. Dadurch kann die Last besser auf der gesamten Haftfläche verteilt werden. Dies sehen die Forscher als den entscheidenden Schritt zu einer Vergrößerung der Haftfläche an. Diese könne so um ein Vielfaches gegenüber dem Gecko-Fuß vergrößert werden, ohne dass die Haftkraft nachlasse. Noch dazu mache diese Fähigkeit der Kraftverteilung das Gerät weniger anfällig für Haftkraftverluste durch Risse oder andere Störungen. Den Lamellen am Gecko-Fuß entsprechen im Prototyp 24 kleine Plättchen, die aus den Mikrostrukturen aufgebaut sind.

Nun geht es um die Optimierung

Bei einem Test benötigte ein 70 Kilogramm schwerer Mensch 90 Sekunden für sechs senkrechte Schritte an einer Glasfassade. Das Forscherteam ist aber zuversichtlich, dass das künstliche Haftsystem noch verbessert werden kann: Die Klettergeschwindigkeit sei durch die Körperhaltung des Kletterers eingeschränkt gewesen, nicht durch das Haftsystem. Das Anhaften und Ablösen sei in weniger als einer Sekunde möglich. Nun gelte es, das Steiggerät für die menschliche Biomechanik zu optimieren.