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pte20191211026 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

Käferschnecke als Vorbild für Hightech-Rüstung

Einzigartiger Schutzpanzer verspricht eine enorme Flexibilität bei gleichzeitiger Robustheit


Schutzpanzer der Käferschnecke: ein natürliches Vorbild (Foto: vt.edu)
Schutzpanzer der Käferschnecke: ein natürliches Vorbild (Foto: vt.edu)

Blacksburg (pte026/11.12.2019/12:30) - Forscher der Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech) http://vt.edu arbeiten an einer neuen Rüstung, die enorme Flexibilität als auch äußerste Robustheit verspricht. Die Käferschnecke und ihr einzigartiger Schutzpanzer dienten als Vorbild. Dieser besteht aus mehreren kleinen Einzelplatten, die untereinander beweglich verbunden sind und sich bei Druckeinwirkung von außen nach innen hin zusammenziehen, um eine beinahe undurchdringliche Barriere zu schaffen.

Spezielle Konstruktion

"Die Käferschnecke verfügt über eine ganz besondere biologische Rüstung", erklärt Ling Li, Assistant Professor für Mechanical Engineering am College of Engineering der Virginia Tech. Im Gegensatz zu den meisten anderen Weichtieren, die mit einer einzigen festen Schale ausgestattet sind, habe das kleine, ausschließlich im Meer lebende Tierchen nämlich acht Schutzplatten auf seinem Rücken. "Das ermöglicht nicht nur hohe Flexibilität, sondern sorgt auch für einen sehr robusten Schutz", betont der Forscher.

Dass beide Eigenschaften so gut miteinander zusammenwirken, liege an der speziellen Konstruktion des natürlichen Vorbildes. Dieses kann sich etwa beim Einwirken einer äußeren Kraft automatisch zusammenziehen, was dazu führt, dass die einzelnen Rüstungsplatten stärker aneinander gedrückt werden und ein fester, fast undurchdringbarer Schutzwall entsteht. "Wenn aber kein Druck ausgeübt wird, liegen die einzelnen Platten locker übereinander und können unabhängig voneinander bewegt werden. Das erlaubt eine Flexibilität, die sich sehr gut an verschiedene Oberflächen und Körperteile anpassen kann", so Li.

Prototypen aus 3D-Drucker

Um das spezifische Design des Panzers von Käferschnecken von Grund auf zu verstehen und nachzubauen, mussten Li und sein Team es zunächst auf allen Ebenen möglichst detailgetreu erfassen. "Wir haben das biologische Material, seine interne Mikrostruktur, chemische Zusammensetzung, nanomechanischen Eigenschaften und dreidimensionale Geometrie genau studiert", schildert der Experte. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse flossen dann in ein parametrisches 3D-Modell ein, mit dem sich einzelne Schutzplatten und ganze Rüstungen in unterschiedlichen Größen herstellen lassen.

Für die Produktion erster physischer Prototypen griffen die Virginia-Tech-Wissenschaftler auf ein skalierbares 3D-Multischicht-Druckverfahren zurück. Einmal fertiggestellt, wurden die neuartigen Rüstungspanzer auch gleich direkt mehreren mechanischen Belastungstests unterzogen. Dabei stellte sich heraus, dass sie auch sehr starkem äußeren Druck standhalten und je nach Größe der einzelnen Schutzplatten nicht nur am Rücken, sondern im Prinzip auch am ganzen Körper eingesetzt werden können.

(Ende)
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