Bioniker setzen auf die akustische Pinzette
"Abkupfern" von der Natur wird damit einfacher - Anwendungen in Wissenschaft und Industrie
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Wundersam auf Schallwellen schwebende Teile von Insekten (Foto: uts.edu.au) |
Sydney (pte021/25.11.2022/13:55)
Forscher der University of Technology Sydney und der University of New South Wales haben die akustische Pinzette so weiterentwickelt, dass sie auch kleine asymmetrische Objekte anheben und zu einem Ziel bewegen kann. Die sogenannte Schalllevitation tritt auf, wenn Schallwellen interagieren und eine stehende Welle mit Knoten bilden, die ein Teilchen "einfangen". Laut bisher gültiger Kerntheorie der Akustophorese, die aktuelle mathematische Grundlage für die akustische Levitation, ist das eingeschlossene Teilchen eine Kugel. Die Technologie wird in der Forschung und der Industrie zur Manipulation empfindlicher Materialien wie biologischer Zellen eingesetzt.
Ameisenbein reitet auf Schallwellen
"Mit einer Eigenschaft namens Willis-Kopplung zeigen wir, dass Asymmetrie Kraft und Drehmoment ändert, die während der Levitation auf ein Objekt ausgeübt werden, und die Fangposition verschiebt. Dieses Wissen kann verwendet werden, um winzige Objekte wie Ameisenbeine und Bienenflügel präzise zu steuern oder zu sortieren", sagt Shahrokh Sepehrirahnama von der University of Technology Sydney. Er hat das Verfahren gemeinsam mit Kollegen der University of New South Wales entwickelt.
"Die Fähigkeit, winzige Objekte präzise zu steuern, ohne sie zu berühren, ermöglicht es Forschern, die dynamischen Materialeigenschaften empfindlicher biologischer Objekte wie Insektenflügel, Ameisen und Termitenbeine zu erforschen", sagt Sebastian Oberst, Leiter des Biogenic Dynamics Lab an der University of Technology Sydney. Das sei keineswegs nur wissenschaftlich von Bedeutung. Es könnte der Bionik Auftrieb geben, der technischen Umsetzung von natürlichen Phänomenen.
Termiten Vorbild für Vibrationssensor
"Wir wissen, dass Insekten faszinierende Fähigkeiten haben. Termiten reagieren extrem empfindlich auf Vibrationen und können damit kommunizieren. Ameisen tragen ein Vielfaches ihres Körpergewichts und halten erheblichen Kräften stand, und die filigrane Struktur der Honigbienenflügel vereint Kraft und Flexibilität", erklärt Oberst. Das seien lauter Eigenschaften, deren technische Umsetzung erstrebenswert ist.
"Ein besseres Verständnis der spezifischen strukturellen Dynamik dieser natürlichen Objekte könnte die Entwicklung neuer Materialien für das Bauwesen, die Verteidigung oder die Sensorentwicklung ermöglichen", glaubt Oberst. Derzeit konzentrieren sich die Forscher darauf, die mechanischen Eigenschaften von Termitensensororganen zu verstehen, um hyperempfindliche Vibrationssensoren bauen zu können.
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