Der Käfer Phloeodes diabolicus übersteht es sogar, wenn er von einem Auto überrollt wird – er hält dem 39.000-Fachen Gewicht seines eigenen Körpers stand. Forscher der University of California in Riverside analysierten den Panzer des Tieres, und veröffentlichten die Ergebnisse im Fachmagazin „Nature“. Dieses Konzept könne sich auch technisch nachahmen lassen, so die Studie.
Besagte Käfer sind im Südwesten der USA heimisch. Wie die Studienautoren betonen, beruht die Widerstandsfähigkeit auf der speziellen Architektur des Rückens. Der Laufkäfer sei wie ein kleiner Panzer gebaut. Mit Kompressionstests ermittelten die Forscher, welchen hohen Belastungen dieser standhält: einer Kraft von 149 Newton. Der Panzer besteht aus zwei hartschaligen Deckflügeln, welche fest ineinander verschränkt sind. Allerdings, so die Forscher, enthalten die chitinhaltigen Fasern deutlich mehr Protein als bei anderen Arten.
Maßgeblich für die enorme Stabilität seien allerdings die seitlichen Übergangszonen zur Bauchschale und die Naht, welche die beiden Elytren in der Rückenmitte verbindet. Dies gewähre dem Panzer eine einzigartige Kombination aus Festigkeit und Biegsamkeit. Das Außenskelett gehöre zu den härtesten und widerstandsfähigsten Strukturen in der biologischen Welt.
Neue Entdeckung
Zudem profitieren die Insekten von einer bisher nicht beobachteten Verbindung. Verschiedene Schichten werden an durchschnittlich fünf Stellen puzzleteilähnlich verzapft, so das Ergebnis der Erhebung. Dies gewähre dem Käfer eine flexible und punktuell nachgebende, erst nach und nach abblätternde Oberfläche. Diese Verbindung reißt erst bei einem enormen punktuellen Druck. Einem Menschen sei es nicht möglich, die Struktur zu durchbrechen. Die Autoren konstatieren, dass Menschen je nach Kraft lediglich 35 bis maximal 63 Newton aufbringen. Weiterhin gereicht es dem Käfer zum Vorteil, dass die Druckpunkte nicht über lebenswichtigen Organstrukturen liegen. Dies führt dazu, dass kurzfristige Belastungen keine schweren Folgen für das darunterliegende Gewebe haben.
Technologie-Relevanz
Das Konstruktionsprinzip könnte in zahlreichen Gebieten Anwendung finden, so die Wissenschaftler. Nachbauten aus dem 3D-Drucker erwiesen sich demnach als stabiler, als herkömmliche Verbindungen, wie sie etwa im Flugzeugbau zum Einsatz kommen. „In vielen morphologischen Studien wird ein Bezug zur Technik hergestellt, der diffus ist. Aber hier ist eine direkte Übertragbarkeit etwa bei der Konstruktion von Rotorblättern für die Luftfahrt vorstellbar“, wie Evolutionsbiologe Alexander Blanke von der Universität Bonn bestätigt. Die Erkenntnisse könnten auch zu Innovationen im Bereich der Raumfahrt führen.
Die Erkenntnisse seien in Summe für zahlreiche Wissenschaftsfelder relevant, wie es in der Erhebung heißt. Diese baue eine Brücke zwischen den Bereichen Biologie, Physik, Mechanik und Materialwissenschaft hin zu technischen Anwendungen. Aus den Ergebnissen gehe hervor, dass es möglich sei „von der Verwendung starker, aber zu schlagartigen Brüchen neigenden Materialien zu solchen überzugehen, die sowohl hart als auch zäh sind. Der Schlüssel ist es dabei, dass beim Prozess der Überbelastung gezielt Energie verteilt wird. Genau das ist es, was die Natur diesem Panzer-Käfer ermöglicht hat“.