Bionik-Wettbewerb Kratzfest schwimmen im Sahara-Sand

Sein Leben gleicht einem Dauerpeeling, und seine Haut nimmt dennoch keinen Schaden. Der zweite Teil der SPIEGEL ONLINE-Serie zum bundesweiten Bionik-Wettbewerb zeigt, was Ingenieure vom Wüstensandfisch lernen können.
Von Kristina Patschull

Es ist nur ein kurzes Aufblitzen. Mehr ist von der kleinen Echse nicht zu sehen, die blitzschnell wieder im Wüstensand verschwindet. Doch so kurz die Begegnung mit dem Tier namens Sandskink auch sein mag, das handtellergroße Wesen führt doch vor, was es für Forscher so interessant macht: seine glatte, glänzende Haut. Mit ihrer Hilfe kann die Eidechse reibungsarm durch die Wüste schwimmen, was ihr den Namen Wüstensandfisch einbrachte.

Es mag an den sehr kurzen Auftritten des Sandskinks gelegen haben, dass Ingo Rechenberg mehr als zwanzig Jahre brauchte, um auf ihn aufmerksam zu werden. Seit 1982 reiste der Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin regelmäßig in die marokkanische Sahara, um Wasserstoff erzeugende Bakterien zu erforschen. Immer wieder hatten ihm dabei befreundete Nomaden einen Sandfisch unter die Nase gehalten.

Rechenberg, der schon länger untersuchte, wie schnelle Wassertiere ihren Reibungswiderstand reduzieren, war fasziniert. "Ich habe für den Sandfisch künstliche Untersand-Rennstrecken aufgebaut", erzählt er. Im Jahr 2000 fiel bei ihm der Groschen: Die Evolution musste etwas erfunden haben, dass die Reibung des Sandfischs minimiert - und er würde herausfinden, was es war.

Um den dauerhaften Glanz der Echsenhaut zu enträtseln, konstruierte Rechenberg mit Kollegen eine Apparatur, mit der sie den Abrieb der Sandskinkhaut mit anderen Materialien vergleichen konnten. Sie füllten Wüstensand in einen großen Trichter und leiteten ihn mit einer Düse auf die Haut. Zehn Stunden lang wurde das Präparat auf diese Art malträtiert - ohne auch nur die Spur eines Kratzers davonzutragen. Glas- und Stahlplatten schnitten weniger gut ab: Deutlich waren auf ihnen die Abriebspuren zu erkennen.

Dieser enormen Widerstandsfähigkeit verdankt der Sandskink sein reibungsarmes Gleiten. "Es gibt unter Reibungsforschern das Gesetz, dass eine Oberfläche mit geringem Abrieb zugleich eine Oberfläche mit kleiner Reibung ist", erklärt Rechenberg gegenüber SPIEGEL ONLINE. Um zu ergründen, mit welchem Trick das Tier sich vor den kratzenden Sandkörnern schützt, schauten sich die Forscher die Haut des Tieres genauer an.

Was sie im Rasterelektronenmikroskop entdeckten, überraschte: Die Schuppenhaut des Wüstensandfisches ist nicht etwa glatt, sondern von winzigen Schwellen überzogen. "Es erscheint zunächst unlogisch, dass die Schwellen quer zur Bewegungsrichtung des Sandes verlaufen", sagt Rechenberg. Allerdings gleite ein durchschnittliches Sandkorn über etwa 100 Schwellen zugleich. Es muss also nicht an jeder Schwelle angehoben werden.

Vor allem die Nachgiebigkeit der Schwellen schütze die Sandfischhaut vor Abrieb, so Rechenberg. "Der erste Kontakt eines Sandkorns mit der Schuppe beginnt mit einer Punktberührung, und die punktuelle Belastung würde zu einer Oberflächenzerstörung führen." Die Nachgiebigkeit der harten Schwellen verteile die Last des Sandkorns auf viele Punkte. "Die Schwellen ergeben - wie bei Eisenbahnschienen - eine optimale Krafteinleitung in den weicheren Untergrund."

Blitzableiter auf dem Sandfisch-Rücken

Und die Echse kann noch mit einer weiteren technischen Meisterleistung aufwarten. "Rund einen Kilometer läuft der Sandfisch jeden Tag durch die Wüste, um Futter zu suchen", schätzt Rechenberg. Wer schon einmal mit Gummischuhen über einen rauen Teppich gelaufen ist, kann sich vorstellen, dass die Schuppenhaut des kleinen Flitzers regelrecht geladen ist. Damit die Sandkörner durch diese elektrostatische Aufladung nicht an ihm festkleben - und damit die Reibung erhöhen -, dienen Spikes auf den Schwellen des Sandfischrückens als eine Art Blitzableiter.

Von Eigenschaften wie diesen konnten Ingenieure bei bisherigen Materialentwicklungen nur träumen. Und so haben Rechenberg und seine Kollegen bereits mit dem Aufbau einer synthetischen Sandfischhaut begonnen. Eine Reihe von Unternehmen und Instituten konnten sie bereits als Partner für das Projekt gewinnen.

Anwendungsmöglichkeiten gibt es genug. So könnte eine solche Haut beispielsweise als Auskleidung von Pneumatikzylindern dienen, wie sie in Baggern eingesetzt werden. Und auch als verschleißfreie Oberfläche von Mehrweg-Plastikflaschen kann sich Rechenberg seine Entwicklung vorstellen. Dass Bedarf an seiner Entwicklung besteht, steht für ihn außer Frage: "Zwei bis fünf Prozent des jährlichen Bruttosozialprodukts der Bundesrepublik werden durch Reibung und Verschleiß verschwendet."

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