Federn von flugunfähigen Pinguinen als Vorbild für die Luftfahrtindustrie
Pinguine sind nicht nur aufgrund ihrer Flugunfähigkeit sehr spezielle Vögel. Besonders ihre Federn sind einzigartig in Bezug auf Isolierung und Reibungsverminderung beim Schwimmen. Nun hat eine neue Studie von Luftfahrtingenieuren der Universität von Kalifornien Los Angeles (UCLA) ein neues Geheimnis aufgedeckt: Warum aus Pinguinen nicht wandelnde Eiszapfen werden, wenn sie aus dem Wasser steigen. Die Resultate der Studie könnten dabei helfen, die Aussenhüllen und Tragflächen von Flugzeugen in Zukunft eisfrei zu halten.
Pinguine und deren Fähigkeiten, den eisigen Bedingungen der antarktischen Umwelt zu widerstehen, haben schon immer sowohl Touristen wie auch Wissenschaftler fasziniert. Die kleinen ikonischen Antarktisbotschafter scheinen völlig unbeeinflusst von den niedrigen Luft- und Wassertemperaturen zu sein. Besonders wenn sie aus den Gewässern der Antarktis an die eisige Luft steigen, werden sie nicht automatisch zu Stieleis gefroren. Das Geheimnis ihres Erfolges liegt im Aufbau der Federn, wie eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. H. Pirouz Kavehpour vom Department für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik der UCLA herausgefunden hat.
Die Bedingungen im natürlichen Lebensraum der Pinguine begünstigen normalerweise die Bildung von makroskopischen Eiskristallen auf vielen Oberflächen. Beispielsweise sieht man häufig Robben mit kleinen Eiszapfen, die von den Schnurhaaren oder dem herunterhängen. Doch bei Pinguinen sieht das Ganze etwas anders, auch wenn sie ganz frisch aus dem Wasser direkt an die bis zuweilen unter dem Gefrierpunkt liegende Luft kommen. Die Wassertropfen und –tröpfchen perlen an der Oberfläche der Pinguinfedern einfach ab und das Tier bleibt trocken. Elaheh Alizadehbirjandi und Dr. Pirouz Kavehpour von der UCLA waren fasziniert von dieser Fähigkeit und nutzen Elektronenrastermikroskopie zur Untersuchung von Federn von Eselspinguinen (Pygoscelis papua). Die Bilder, die sie erhielten, zeigten raue und gezackte Oberflächen, die mit Poren im Nanobereich durchsetzt sind. Zusätzlich ist es bekannt, dass Pinguine ihre Federn mit einer öligen Substanz aus ihrer Bürzeldrüse überziehen. Beides zusammen, sowohl die spezifische Oberflächenstruktur der Federn und die wasserabweisende Substanz erhöhen den Kontaktwinkel von Wassertropfen auf über 140°. Dadurch gleitet Wasser einfach der Oberfläche entlang herunter und verhindert so die Eisbildung bei kältesten Bedingungen. Die Gruppe hat die Ergebnisse der Studie am Jahrestreffen der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft Division Fluiddynamik in Boston im letzten November präsentiert.
Die Gruppe um Dr. Kavehpour untersuchte nicht nur die Federn von kälteliebenden Eselspinguinen, sondern auch diejenigen von Magellanpinguinen (Spheniscus magellanicus). Diese Art von Pinguin ist eher wärmeliebend und lebt nördlich der Konvergenzlinie, die als biologische Grenze der Antarktis gilt. Daher sind Magellanpinguine normalerweise nicht eisigen Bedingungen ausgesetzt wie ihre antarktischen Verwandten. Die Resultate der Untersuchungen zeigen auch ein anderes Bild: die Oberflächen der Federn sind nicht mit Nanoporen durchsetzt und die Substanz aus der Bürzeldrüse hat eine geringere wasserabweisende Fähigkeit.
Die Forscher möchten nun die Ergebnisse ihrer Forschung zur Entwicklung einer neuartigen Flugzeugoberfläche nutzen, auf der sich weniger Eis bilden kann. Dies dürfte für die Luftfahrtindustrie sehr interessant sein.
Quelle: Science News, www.sciencenews.org