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Tarnung nach Tintenfischart

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Die künstliche Tintenfisch-Haut in Aktion (Yu et al./ PNAS)
Tintenfische sind Meister der Tarnung: Sie wechseln blitzschnell ihre Farbe, um sich dem Untergrund anzupassen oder Artgenossen ihre Stimmung anzuzeigen. Jetzt hat ein internationales Forscherteam das dynamische Tarnprinzip der Kopffüßer technisch nachgebaut. Das Besondere daran: Die mehrschichtige Tarnhaut erkennt von selbst, welche Helligkeit und welches Muster der Untergrund hat und passt sich daran an – ohne dass ein Befehl oder eine Eingabe von außen erfolgen muss. Im Experiment passte sich die künstliche Tarnhaut sogar selbstständig an ein sich bewegendes Muster an. „Intelligente“ Hüllen nach diesem Prinzip könnten zukünftig Gegenstände sogar auf sich verändernden Untergründen tarnen.

Tintenfische nutzen ein raffiniertes Dreischicht-System, um sich blitzschnell an die Farbe und das Muster des Meeresbodens anzupassen: In ihrer Haut sitzen zuoberst bewegliche Pigmentzellen, die verschiedene Farbstoffe enthalten. Die Chromatophoren können durch Muskeln gedehnt oder zusammengepresst werden, dadurch bekommt die entsprechende Farbe mehr Raum auf der Haut oder verschwindet fast völlig. Unter dieser Farbschicht sitzt eine Schicht aus irisierenden Zellen: Sie reflektieren je nach Blickwinkel alle oder bestimmte Anteile des Lichts und verstärken so die Pigmentfarben. Auch diese Zellen können an oder abgeschaltet werden. Die dritte Schicht bildet eine Lage weißer Zellen, die für den weißen, kontrastierenden Hintergrund sorgen. In der Haut sitzen zudem lichtsensible Zellen, die zusätzlich zu den Augen des Tintenfischs die Information liefern, wie der Untergrund aussieht.

„Das Besondere an der Kopffüßler-Haut ist dabei die koordinierte Aktion von Zellen, Muskeln und lichtsensiblen Organen“, erklären Cunjiang Yu von der University of Houston und seine Kollegen. Erst das erlaubt es den Tintenfischen, innerhalb von Millisekunden ihre Farbe und Zeichnung zu wechseln und sich so zu tarnen. Ein technisches System, dass sich auf ähnliche Weise von selbst an den Untergrund anpassen kann, haben die Forscher nun erstmals entwickelt und getestet. Ihre künstliche Tintenfisch-Haut hat dabei ganz ähnliche Grundelemente wie die des natürlichen Vorbilds: Auch hier gibt es dynamisch steuerbare Farbzellen, eine weiße Hintergrundschicht und Lichtsensoren.

Farbkapseln, Dioden und eine biegsame Trägerschicht

Die oberste Schicht der künstlichen „Tarnhaut“ besteht aus kleinen Kapseln mit einem wärmesensiblen Farbstoff. Er ist bei Raumtemperatur schwarz, bei Temperaturen über 47 Grad Celsius farblos – dadurch lässt sich die Farbe dieser Schicht gezielt steuern. Unter den Kapseln folgt nach einer dünnen, weißen Kontrastschicht ein feines Netz aus Siliziumdioden, die die Farbkapseln punktuell erhitzen und so den Farbwechsel auslösen. Nach einer Trägerschicht aus Polymer folgt dann als Abschluss das entscheidende Element, um das Ganze „intelligent“ zu machen: Photodioden, die die Helligkeit des Untergrunds registrieren und entsprechende Impulse an die Heizdioden weitergeben. „Die Reaktionen der Photodioden definieren das Muster der Erwärmung und damit auch das resultierende Farbmuster“, erklären die Forscher.

Für ihre Tests konstruierten Yu und seine Kollegen ein aus 16 x 16 solcher Mehrschicht-Einheiten bestehendes Stück „Tarnhaut“. Dank der miniaturisierten Komponenten misst es nur 1,4 Zentimeter im Quadrat, nur rund einen Millimeter dünn und wegen der flexiblen Polymermatrix sehr biegsam, wie die Forscher berichten. Dieses Stück Tarnhülle wurde nun auf einen Leuchttisch mit verschieden ausgeschnittenen schwarzen Abdeckschablonen gelegt. Innerhalb von ein bis zwei Sekunden reagierte das System auf den Untergrund und reproduzierte das Schwarz-Weiß-Muster des Leuchttischs mit seinen Farbzellen. „Das Ganze funktioniert ohne Nutzereingabe oder externe Messgeräte“, betonen die Forscher. Und sogar bewegte Muster konnte die künstliche Tintenfisch-Haut reproduzieren, wie das Experiment zeigte: Das System passte sich auch an ein helles Quadrat an, das sich langsam über einen schwarzen Hintergrund bewegte.

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Nach Ansicht der Forscher bereitet diese künstliche Tintenfisch-Haut einen Weg zu Tarnhüllen, die sich von selbst an ihren Untergrund anpassen. Wegen ihrer flexiblen, biegsamen Bauweise lässt sich ein solches System zudem leicht um Gegenstände aller Art herumdrapieren. Eingesetzt werden könnte diese künstliche Tintenfisch-Haut beispielsweise zur Tarnung, aber auch, um Objekten gezielt wechselnde auffallende Farben oder Muster zu verleihen.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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