Mikropartikel, die von Zikadeninsekten ausgeschwitzt wurden, könnten Wissenschaftlern und Ingenieuren eine Antwort auf die Herstellung von a geben. Tarnvorrichtung . Zumindest ist das was a Team von Ingenieuren an der Penn State University glauben.
Die als Brochosomen bezeichneten Mikropartikel werden vom Insekt abgesondert, um seine Flügel bei Nässe trocken zu halten. Die Brochosomen sind hydrophob und halten daher ihre empfindlichen Flügel trocken, indem sie Wasser abweisen.
Sie haben auch den praktischen Nebeneffekt, dass sie, wie sich herausstellt, die kleinen Lebewesen vor Raubtieren tarnen.
Die Sekrete dienen als Tarnung
Das Team stellte fest, dass die sekretierten Brochosomen die Wellenlängen des Lichts so zu verändern scheinen, dass sie als biologisches Tarngerät fungieren.
Wissenschaftler wissen seit langem, dass Zikaden diese Mikropartikel extrudieren und an ihren Flügeln abwischen. Bisher wurde jedoch nicht verstanden, dass die Sekrete es den Zikaden und ihren Eiern ermöglichen, sich mit ihrem Hintergrund zu vermischen. Dies machte die Erwachsenen und Eier für sie praktisch unsichtbarRaubtiere wie der Marienkäfer.
Das Geheimnis der Mikropartikel scheint ihre physikalische Struktur zu sein. Jedes fußballähnliche Granulat ist mit nanoskaligen Vertiefungen bedeckt. Diese Vertiefungen haben genau die richtige Größe, um Licht zumindest in einem bestimmten Bereich des Spektrums zu absorbieren.
Das Team würde versuchen, sie künstlich zu erstellen.
"Wir wussten, dass unsere synthetischen Partikel aufgrund ihrer Struktur optisch interessant sein könnten", erklärt Tak-Sing Wong für Penn State in a Aussage. Er ist Assistenzprofessor für Maschinenbau Wormely Family Early Career Professor für Ingenieurwissenschaften am Penn State.
"Wir wussten nicht, bis mein ehemaliger Postdoc und Hauptautor der Studie, Shikuan Yang, in einem Gruppentreffen darauf hinwies, dass der Leafhopper diese nicht klebrigen Beschichtungen mit einer natürlichen Struktur hergestellt hat, die unseren synthetischen sehr ähnlich isthaben uns gefragt, wie der Leafhopper diese Partikel in der Natur verwendet hat. "
Die Gruben sind das Geheimnis
Es wurde festgestellt, dass die Vertiefungen der Partikel sehr nahe an der Wellenlänge des Lichts liegen. Diese Vertiefungen ermöglichten es den Partikeln, Licht zu absorbieren und die Insekten nahezu unsichtbar zu machen. Die Partikel wirken effektiv wie a Metamaterial die Art des Materials, das in Tarnvorrichtungen verwendet wird.
Das Problem ist, dass diese Zikaden auf dem Feld nur sehr wenig von diesem Produkt produzieren und es sehr schwer zu sammeln ist ", sagte Wong." Aber wir hatten bereits große Mengen dieser Strukturen im Labor hergestellt, genug, um sie hinein zu bringeneine Maschine, um ihre optischen Eigenschaften zu untersuchen. "
Das Forschungsteam veröffentlichte eine Studie, in der versucht wurde, die Sekrete in zu synthetisieren. Naturkommunikation. Dem Ingenieurteam gelang es, ein synthetisches Material zu entwerfen, das die Eigenschaften der Brochosomen des Zikadens nachahmt. Zu diesem Zweck entwickelten sie einen fünfstufigen Prozess, der so genannte sogenannte elektrochemische Abscheidung .
Das Team testete die künstlichen Brochosomen, indem es sie auf Blätter legte und sie mit simuliertem Insektenblick beobachtete. Interessanterweise fingen die synthetischen Partikel etwa 99% des Lichts über das Spektrum von UV bis Nahinfrarot ein. Sie verschmolzen effektiv mit dem Hintergrund.
Natürlich ist Tarnung in der Natur nicht gerade selten, aber es gibt nur sehr wenige Beispiele für natürliche Antireflexbeschichtungen wie diese. Mottenaugen sind jedoch eine bemerkenswerte Ausnahme. Mottenaugen haben Antireflex-Nanostrukturen, die verhindern, dass Licht reflektiert wirdNachts von ihnen weg. Dies hilft ihnen, sich nachts vor nächtlichen Raubtieren zu verstecken.
Richtige Werkzeuge für den Job
Der Synthesevorgang sollte skalierbar sein. Außerdem könnten die synthetischen Brochosomen theoretisch aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Dies könnte Metalle wie Gold oder Silber bis hin zu Verbindungen wie Manganoxid umfassen. Die Forscher glauben, dass jedes Material dies hätteseinen eigenen Zweck und seine Anwendungen neben Tarnvorrichtungen.
"Zum Beispiel ist Manganoxid ein sehr beliebtes Material, das in Superkondensatoren und Batterien verwendet wird. Aufgrund seiner großen Oberfläche könnte dieses Partikel eine gute Batterieelektrode bilden und eine höhere chemische Reaktionsgeschwindigkeit ermöglichen." erklärt Tak-Sing Wong.
Andere vom Team vorgeschlagene Anwendungen umfassten eine Antireflexbeschichtung für Sensoren oder Kameras. Sie könnte auch besonders bei Teleskopen nützlich sein. Diese Geräte würden von einer verringerten Lichtreflexion profitieren, die das Signal-Rausch-Verhältnis beeinflusst. Sie könnten auch Anwendungen in habenSolarzellen zur Erhöhung der Lichtaufnahme bei verschiedenen Wellenlängen und Winkeln.
Wong erklärt, dass dies eine "grundlegende Studie" ist. "In Zukunft könnten wir versuchen, die Struktur auf längere Wellenlängen auszudehnen. Wenn wir die Struktur etwas größer machen würden, könnte sie längere elektromagnetische Wellen wie das mittlere Infrarot absorbieren und weitere Anwendungen in der Sensorik und Energiegewinnung eröffnen?"
Könnten sie verwendet werden, um ein Tarngerät herzustellen?
Wie sich herausstellt, sind die Partikel ein Produkt des endlosen Tanzes von Raubtieren und Beutetieren in der Natur. So beeindruckend die Eigenschaften dieser Mikropartikel auch sind, sie sind auf die enge Beziehung zwischen dem Zikaden und seinen Raubtieren abgestimmtwie der Marienkäfer sehen kann.
Es ist unwahrscheinlich, dass ein praktisches Tarngerät in Einheitsgröße direkt aus der Arbeit des Teams stammt, aber es ist eine interessante Möglichkeit, es zu erkunden. Die Struktur dieser natürlichen Metamaterialien und weitere Experimente in ihrer Synthese könnten in Zukunft etwas sehr Interessantes ergeben.
Im Moment müssen wir uns mit ihren potenziellen Anwendungen in der vorhandenen Technologie zufrieden geben. Insbesondere mit solchen, die Lösungen zur Reduzierung des Lichtreflexionsvermögens benötigen. Ihre potenziellen Anwendungen in der Solarindustrie könnten, wie sie sagen, „einige Beine“ haben.
Was auch immer die praktischen Anwendungen dieser Entdeckung sein werden, nur die Zukunft wird es zeigen. Aber eine solche Biomimik könnte dennoch ein interessanter Weg sein, um sie zu erkunden. Wer weiß, eines Tages könnte sie zu einem echten biologisch inspirierten Tarngerät führen.
Via : Netzteil , Naturkommunikation