Eine Studie, die von unter Wasser lebenden Spinnen inspiriert wurde, könnte der Industrie helfen, giftige oder brennbare Gase in Flüssigkeitsleitungen zu kontrollieren.
Forscher der PSL-Forschungsuniversität in Paris, Frankreich, ließen sich von der Tauchglockenspinne (Argyroneta Aquatica) inspirieren, die eine Luftschicht um ihren Körper herum einschließt, um unter Wasser atmen zu können.
„Die Inspiration kam von der Betrachtung dieser Tiere, die aerophile Strukturen verwenden, um Luft einzufangen – für sie ist das eine Überlebensstrategie. Können wir uns die von der Natur entwickelten Ideen zunutze machen?“, sagt Hélène de Maleprade, Hauptautorin eines Artikels in Applied Physics Letters.
Die Spinnen haben Haare auf ihrem Hinterleib, die Wasser abweisen, eine Eigenschaft, die als hydrophob bezeichnet wird – und seltener als aerophil, also luftanziehend. Sie atmen durch ihren Hinterleib, und die Luftschicht, die sie einschließen, ermöglicht es ihnen, effektiv unter Wasser zu leben – sie jagen, ruhen, paaren sich und legen Eier ohne trockenes Land.
Das Team ahmte ein einzelnes Haar des Spinnenbauchs nach, indem es einen Faden mit handelsüblichem hydrophobem Spray beschichtete. Beim Eintauchen beobachteten sie, dass sich die Blasen am Faden festsetzten und, wenn der Faden gekippt wurde, entlang des Fadens nach oben geleitet wurden, selbst bei einem Winkel von nur zehn Grad zur Horizontalen.
Das ähnliche Szenario von Wassertropfen, die an einem Faden in der Luft herunterlaufen, ist gut bekannt, aber die Situation mit den Blasen im Wasser überraschte de Maleprade und ihre Kollegen.
Ihre Analyse der Kräfte, die auf die Blasen einwirken, zeigte, dass der größte Teil des Widerstands von der Wasserhaut um die Blase herum stammt, im Gegensatz zum Tropfen, bei dem der Widerstand von den Enden der Kontaktfläche zwischen Wasser und Faden ausgeht.
„Luft lässt sich leicht bewegen, Wasser aber nicht – die Reibung findet immer im Wasser statt. Es ist schwieriger, das Wasser um die Blase herum zu bewegen als die Blase selbst“, sagt de Maleprade.
Indem das Team den Winkel der Fäden, die Größe der Blasen und die Viskosität der Flüssigkeit variierte, konnte es ein vollständiges Bild der Physik erstellen und das Zusammenspiel von Trägheit, Auftrieb, Viskosität und Oberflächenspannung herausarbeiten.
Obwohl sie ihre Studie ohne Anwendungsabsichten begannen, wurden sie bereits von der Industrie kontaktiert, die das Potenzial der neuen Erkenntnisse erkennt.
Gasblasen können in Industrien, die auf Flüssigkeitsströmen basieren, problematisch sein: Die Fähigkeit, Gasblasen abzufangen und aus den Strömungsleitungen zu leiten, könnte ein großer Segen für die Verringerung der Sicherheitsrisiken sein, insbesondere wenn die Gase gefährlich giftig oder entflammbar sind.