Ebenso wie die Oberflächen einiger Pflanzen (Lotosblume) und Tiere (Morphofalter) nicht glatt und eben, sondern rau sind, wodurch sich der Lotus-Effekt® physikalisch erklären lässt, ist auch die Haut des Sandfisches, einer in der Wüste lebenden Echse, nicht vollkommen glatt, sondern mit winzigen Grate gespickt. Während die Nanostrukturen bei der Lotusblume für den Selbstreinigungsmechanismus verantwortlich sind, wodurch die Pflanze immer durch den Regen sauber gewaschen wird, sorgen die Nanostrukturen beim Sandfisch dafür, dass der Wüstensand nicht an der Haut der Echse kleben bleibt. Beide Effekte erscheinen auf den ersten Blick widersprüchlich. Doch beim Sandfisch verhindern die minimalen Erhebungen auf der Haut des Tieres eine elektrostatische Aufladung der Oberfläche. Somit können die Sandkörner nicht an der Echse, die sich flink durch den Wüstensand bewegt, haften bleiben. Durch diesen Effekt wird gleichzeitig die Reibung herabgesetzt wird, wodurch sich das Tier schneller und effektiver, also auch kraftsparender, fortbewegen kann.
Der Sandfisch
Der Apothekerskink (Scincus scincus) ist eine Echse und gehört zu der Familie der Skinke (Scincidae). Wegen ihrer Fortbewegungsart, die dem Schwimmen eines Fisches im Wasser ähnelt, bekam sie den Beinamen „Sandfisch“. Die etwa 15 bis 20 Zentimeter große Echse lebt auf und im Sand der Wüsten Nordafrikas und des Nahen Ostens. Sie ist hervorragend getarnt durch ihre rötlich-gelbe bis braungelbe Färbung, die dem Sand ähnelt. Die Echse ernährt sich von Käfern, Spinnen und Heuschrecken. Bei der Jagd gräbt sie sich in den Wüstensand ein und wartet auf Erschütterungen, die ein über den Sand krabbelndes Beutetier erzeugt. Dann schnellt sie hervor und schnappt es sich. Bei Gefahr gräbt sie sich ebenso blitzschnell in den Sand ein. Dazu kann sie sowohl die Augen- als auch die Nasenlöcher verschließen, um sich beim Sandtauchen vor dem Eindringen von Sandkörnern zu schützen.
Sandschwimmen
Forscher haben herausgefunden, dass der Sandfisch sich im Sand nicht wie eine Schlange bewegt, sondern tatsächlich Schwimmbewegungen ausführt. Dazu bewegt sie ihre Beine nach einem festen Schema vor und zurück ähnlich wie beim Schwimmen im Wasser gegen den Widerstand des umgebenden Mediums (Sand bzw. Wasser). Durch die Bewegung eines Beines verdichtet sich der Sand hinter dem Bein, von dem aus sich die Echse nun leicht abstoßen kann.
Geringe Reibung und Elastizität = kratzfest und verschleißarm
Der Sandfisch hat sehr glatte Schuppen, in deren Zwischenräume keine Sandkörner eindringen können. Die Strukturen auf Rücken-, Seiten- und Bauchschuppen sind unterschiedlich – doch alle sind gleichermaßen reibungsarm und verschleißfest. Denn die Echse weist keinerlei Abriebspuren an ihrer Haut auf. So ist die Haut des Sandfisches immer blank, obwohl das Tier am Tag rund einen Kilometer durch die Wüste „schwimmt“. Normalerweise müssten die Schuppen mit der Zeit matt werden – zumindest an der Bauchunterseite, dort wo die Reibung am höchsten ist. Ingo Rechenberg, Professor an der Technischen Universität Berlin, hat dieses Rätsel entschlüsselt: Die Lösung liegt wieder in den winzigen Nanostrukturen. Denn die Grate auf der Haut des Sandfisches sind elastisch – sie werden bei Druckbelastungen in die Haut gedrückt. Dieser Vorgang ist mit einer Haarbürste vergleichbar, deren Borsten in eine elastische Gummihaut eingelassen sind, um beim Kämmen der Haare nachzugeben. Somit weist die Oberfläche des Sandfisches einen hohen Reibungswiderstand auf und ist äußerst kratzfest.
Anwendungsmöglichkeiten
Die technischen Möglichkeiten für eine Anwendung des Sandfisch-Prinzips liegen vor allem im Bereich des Motorenbaus und der Fördertechnik von beispielsweise Granulat durch Leitungen, deren Innenseiten mit kratzfesten Oberflächen ausgekleidet sind. Gleitflächen für Sportgeräte, wie zum Beispiel Sandbords, könnten durch eine kratzfeste Unterseite langlebiger werden. Denkbar sind auch nanostrukturierte abriebfeste Lacke und Touchscreens sowie verschleißfeste Oberflächen von Mehrweg-Plastikflaschen oder als verschleißbeständige Beschichtungsfolien.
Quellen:
- Spiegel online: Kratzfest schwimmen im Sahara-Sand, 17.03.2005
- Industrieanzeiger: Beweglich wie ein Fisch im Sand, 6/2009
- Welt online: Sandfisch, Rattenzahn und Wasserjagdspinne als Vorbilder, 10.03.2005
- Reibung und Verschleiß am Sandfisch der Sahara, Ingo Rechenberg und Abdullah Regabi El Khyari, 2/2004