Bioniker wollen 1 Million Jahre Evolutionszeit überspringen

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Das Geheimnis des Prachtkäfer-Sensors ist aufgedeckt

Grund ist das einzigartige Funktionsprinzip, das Schmitz und seine Kollegen vom Forschungszentrum caesar nun weiter aufgeklärt haben: Demnach wird der Wärmereiz zunächst in eine Druckerhöhung umgewandelt, die der Käfer dann registriert.

Die Sinneszelle, mit der er das tut, ist ein typischer Mechanorezeptor, wie er beispielsweise auch im vielen Gehörorganen von Insekten Einsatz kommt, beispielsweise bei Heuschrecken und Grillen. Auch dort werden schließlich Druckschwankungen gemessen. Der Käfer „hört“ die Infrarotstrahlung gewissermaßen, erläutert Schmitz.

Die Sinneszellen sind in flüssigkeitsgefüllte, runde Druckbehälter eingebettet. Bei Bestrahlung mit Infrarotlicht erwärmt sich die Flüssigkeit und dehnt sich schlagartig aus, wodurch sich der Druck in den Behältern erhöht. Die Sinneszellen registrieren diese Spannungsänderungen und schon wenige Tausendstel Sekunden nach dem Infrarot-Puls erhält der Käfer den Reiz.

Eine Kombination interessanter Sensorik

An der Georg-August-Universität Göttingen geht man davon aus, das das Auffinden von Waldbränden mittels ihres Geruchssinns für brandspezifische Duftstoffe in den Antennen und in Kombination mit Infrarot-Grubenorganen am Thorax erfolgt.

Der Geruch der brennenden Bäume bietet für die Käfer einen wichtigen Anhaltspunkt, wo ein Waldbrand zu finden ist. Die Sammlung flüchtiger Bestandteile des Brandgases von Kiefernholz auf Aktivkohle in Laborversuchen sowie bei Waldbränden ermöglicht die Untersuchung, welche Bestandteile für den Käfer den spezifischen „Brandgeruch“ ausmachen.

Aufgrund Ergebnisse von Experimenten konnte abgeschätzt werden, dass ein einziger, auf 2 m Höhe angekohlter Kiefernstamm bei schwachem Wind noch in über 1 km Entfernung von den Käfern zu riechen ist. Diese Abschätzung wurde in Feldmessungen in der weiteren Umgebung eines Brandversuches bestätigt werden. Trotz kühler Witterung wurde der Anflug von ca. 10 Käfern beobachtet.

„Wenn wir von der Biologie lernen, welche Gerüche z.B. spezifisch für brennendes Holz sind, und dieses Wissen in die Sensorik übersetzen, sparen wir uns im besten Fall eine Million Jahre Evolution“, resümierte Professor Schütz.

Dass die technische Realisierung eines so extrem miniaturisierten Sensorsystems, wie es der Prachtkäfer besitzt und das die Natur über vielleicht hunderttausend Jahre Evolution optimiert hat, ist den Bionikern klar. Dennoch sind die laufenden technologischen Umsetzungsarbeiten des biologischen Vorbilds in Chips auf auf 4-Zoll-Wafern vielversprechend. Einen ausführlichen Hintergrundbericht mit Detailzeichnungen finden Sie via InfoClick im Artikel „Schwarzer Kiefernprachtkäfer als Vorbild für mikrotechnologischen Infrarotsensor“ bei „center of advanced european studies and research“ (ceasar).

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