Nach Gecko-Art die Fassade hinauf

Bionische Kletterhilfe: Erstmals hat ein Mensch eine Glasfassade nur mit Hilfe zweier nanostrukturierter Haftpaddel erklommen. Der Hollywood-Trick im Film „Mission Impossible 4“ wird damit fast Realität. Der Trick dahinter: Die Kletterhilfen nutzen das Prinzip des Geckofußes, bei dem Nanohaare für die nötige Haftung sorgen. Dies reichte sogar aus, um den Kletterer samt 20 Kilo schwerem Gepäck an der Fassade zu halten.

Geckos sind wahre Klettermeister: Sie können Wände und selbst Glasscheiben hinaufsteigen und sogar kopfüber an der Decke laufen. Möglich wird dies durch ein System von hierarchisch gegliederten Hafthaaren an ihren Füßen. Die zwischen Oberfläche und den Härchen wirkenden Van der Waals-Kräfte halten den Geckofuß fest genug, sorgen aber auch dafür, dass die Echse ihren Fuß auch wieder leicht vom Untergrund abziehen kann.

Die Skalierung ist das Problem

„Es ist daher nur natürlich, dass die DARPA bei den Geckos nach Inspiration gesucht hat, um Hürden besser überwinden zu können“, erklärt Matt Goodman, Leiter des Z-Man-Programms der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), einer dem Verteidigungsministerium der USA unterstellten Forschungsbehörde. Konkret suchten die Forscher des Z-Man-Projekts nach Möglichkeiten, durch die Soldaten bei Einsätzen in urbanen Umgebungen besser und ohne unhandliches Gurtzeug Fassaden erklimmen können.

Das Gecko-Prinzip auch für Haft- und Kletterhilfen auszunutzen, ist keine neue Idee, Ansätze dazu gibt es bereits einige. Ein großes Problem ist aber die Skalierung: Ein typischer Gecko wiegt rund 200 Gramm, ein Mann etwa 75 Kilogramm. Eine auf den Gecko-Hafthaaren basierende Kletterhilfe muss entsprechend mehr Haftkraft entwickeln, um ihn an der Wand zu halten.

Eine genoppte Mikrostruktur aus einem Polymer lässt die Geckoskin am Glas haften. oben das natürliche Vorbild, die Nanohärchen am Geckofuß. © DARPA

Ablösen im richtigen Moment

Und noch etwas ist wichtig: Die Hafthilfen müssen leicht ablösbar sein, damit der Kletterer sich weiter nach oben bewegen kann, ohne viel reißen zu müssen. Gleichzeitig dürfen sie aber auf keinen Fall im falschen Moment nachgeben. Die Haftkraft muss daher auch bei leichter Verschiebung der Richtung noch wirken. „Die Herausforderung lag darin, die Biologie und Physik hinter dem Klettern der Geckos zu verstehen und dann das Ganze in ein künstliches, vom Menschen nutzbares System zu übertragen“, sagt Goodman.

Mit dem Projekt Z-Man ist dies nun zumindest so weit gelungen, dass ein Mensch mit Hilfe zweier in den Händen gehaltener Paddel eine knapp acht Meter hohe Glasfassade erklommen hat. Die Haftkraft der nanostrukturierten Kletterhilfen hielt dabei den 98 Kilo schweren Kletterer und seinen gut 20 Kilo schweren Rucksack an der senkrechten Wand fest. Zwar trug er auch Klettergurt und Seil, dies diente aber nur der Absicherung für den Fall, dass die Paddel versagen.

Mikronoppen aus Polymer

Möglich wird dies durch die „Geckoskin“ getaufte Nanostruktur der Kletterpaddel, die am Draper Laboratory in Cambridge entwickelt wurde. Sie besteht aus winzigen, noppenähnlichen Polymer-Vorsprüngen, die bei Kontakt mit der Oberfläche des Glases ähnliche Van der Waals-Kräfte entwickeln wie die Gecko-Hafthaare. Fasst an diese künstliche „Geckohaut“ an, fühlt sie sich leicht klebrig an.

Bisher funktionieren die Gecko-Handschuhe allerdings nur auf glattem Glas. Die Forscher des Draper Lab wollen nun die Mikrostruktur du Polymermischung weiter optimieren, um die bionische Kletterhilfe auch auf Beton oder staubigem Mauerwerk haften zu lassen.

(DARPA, 13.06.2014 – NPO)