Künstliche Ahornsamen schützen die Umwelt

Forscher präsentieren fluoreszierende künstliche Feldahornsamen (Foto: iit.it)

Genua/Saarbrücken (pte002/23.11.2023/06:05) - Umweltsensoren, die nach dem Vorbild des Ahornsamens konstruiert sind, sollen künftig großflächig Umweltdaten auf der Erdoberfläche sammeln. Sie reagieren auf Temperatur, Feuchtigkeit oder ähnliche Einflüsse, indem sie fluoreszieren. Beispielsweise könnten sie anfangen, rotes Licht abzustrahlen, wenn die Bodentemperatur in die Nähe des Nullpunktes kommt. Die Signale sollen mithilfe von Drohnen mit Kameras eingefangen werden, die interessante Gebiete scannen. Einwickelt haben die künstlichen Samen Forscher um Barbara Mazzolai am Istituto Italiano di Tecnologia ( https://www.iit.it ) (IIT) zusammen mit dem Leibniz-Institut für Neue Materialien ( https://www.leibniz-inm.de ) (INM).

Aerodynamik genutzt

Der künstliche Samen ahmt das aerodynamische Verhalten des Feldahornsamens nach, einer in Europa heimischen Art. Ist er reif, so lösen sich diese Samen von der Pflanze und werden vom Wind über große Flächen verteilt. Denn er fällt nicht gleich zu Boden, weil er über ein einflügeliges, besonderes aerodynamisches Design verfügt, das es ihm ermöglicht, beim Fallen zu rotieren. Diese Autorotation verringert die Sinkgeschwindigkeit und lässt das Saatgut länger in der Luft bleiben, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit einer großflächigen Ausbreitung durch den Wind erhöht.

Forscher am IIT arbeiten seit Längerem auf dem Gebiet der bioinspirierten Soft-Robotik. Nachdem die Gruppe die Wachstums- und Bewegungsstrategien der Wurzeln, Kletterpflanzen und des Samens der Storchschnabelgewächse nachgebaut hatte, konzentrierte sie sich auf die Untersuchung der Flug- und Ausbreitungsmerkmale der Ahornsamen. "Wir konnten zeigen, dass die Nachahmung der Strategien oder Strukturen von Lebewesen und deren Replikation in Robotertechnologien Schlüsselelemente sind, um Innovationen mit geringen Umweltauswirkungen in Bezug auf Energie und Umweltverschmutzung zu erzielen", sagt Mazzolai vom IIT.

Biokompatibles Material

Gemeinsam mit einem Team um den INM-Forscher Tobias Kraus hat die Gruppe ein biokompatibles und kompostierbares Material auf Basis von Polymilchsäure mit eingebetteten ungiftigen, fluoreszierenden Lanthanoidpartikeln entwickelt, die temperaturempfindlich sind. Schließlich haben sie 3D-Drucktechnologien zur Herstellung der künstlichen Samen genutzt. Sie sollen von Drohnen ausgesetzt werden, die später dann, ausgerüstet mit einer lichterkennenden Kamera und LiDAR, die leuchtenden Partikel dokumentieren. "Durch die Verlagerung der Sensorik in das Material selbst entfallen Stromversorgung und Elektronik, was sie umweltfreundlich und robust macht", so Kraus.

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