 Schwarzer Kiefernprachtkäfer erkennt Waldbrände (c: H. Schmitz)
Hannover Messe: Infrarotsensor nach Käfer-Vorbild:
Bonner Wissenschaftler haben Messvorrichtung des Schwarzen Kiefernprachtkäfers technisch umgesetzt
Gemeinsam mit Wissenschaftlern des Forschungszentrums caesar stellen
Zoologen der Universität Bonn auf der Hannover Messe vom 24. bis 28.
April einen neuartigen Infrarotsensor vor. Das bisher in Natur und
Technik unbekannte Messprinzip haben sie dabei einem kleinen Insekt
abgeschaut: dem Schwarzen Kiefernprachtkäfer, der im Holz frisch
verbrannter Bäume seine Eier ablegt und Waldbrände angeblich noch aus
80 Kilometern Entfernung entdecken kann. Die Wissenschaftler haben die
Hoffnung, dass sich solche bionischen Messfühler wesentlich
kostengünstiger herstellen lassen werden als aktuell auf dem Markt
erhältliche IR-Sensoren. Die Forscher präsentieren das neuartige
Sensorkonzept in Halle 2, Stand D35.  Infrarotorgan - Rasterelektronenmikroskop (c: H. Schmitz)
Der Schwarze Kiefernprachtkäfer fliegt auf verbranntes Holz:
Unmittelbar nach Waldbränden laufen die Weibchen auf den Bäumen umher
und legen in der verkohlten Rinde ihre Eier ab. Da viele andere
Insektenarten eine frische Brandfläche meiden, können sich die
Prachtkäfer-Larven dort weitgehend unbehelligt von Konkurrenz
entwickeln. Ihren "Sinn für's Brenzlige" verdanken die erwachsenen
Insekten einem pfiffigen Sinnesorgan auf ihrer Unterseite: Dort sitzen
zahlreiche Sensoren, die für die Infrarot- ("IR") Strahlung eines
Waldbrandes außerordentlich empfindlich sind.
"Interessanterweise handelt es sich bei diesen Infrarotfühlern um
abgewandelte Mechanosensoren", erklärt der Bonner Zoologe Dr. Helmut
Schmitz. "Das ist eine neuartige und elegante Messmethode für
IR-Strahlung." Der fingerförmige Fortsatz eines einzelnen
Mechanorezeptors ist in eine winzige Kugel aus "Kutikula" eingebettet -
das ist das Material, aus dem auch der Insektenpanzer besteht. Im
Inneren der Kugel befinden sich winzige wassergefüllte Hohlräume, die
miteinander in Verbindung stehen. Der druckempfindliche "Finger" steckt
mit seiner Spitze in einem dieser Hohlräume. "Die Kutikula der Kugel
und auch das darin befindliche Wasser absorbieren besonders gut
Wärmestrahlung von etwa drei Mikrometern Wellenlänge - das ist genau
die Strahlung, die typischerweise bei einem großen Waldbrand frei
wird", sagt Dr. Schmitz. Bei auftreffender IR-Strahlung erwärmen sich
daher Kutikula und Wasser und dehnen sich aus. Der resultierende
Druckanstieg wird nun hauptsächlich durch das Wasser schnell und nahezu
verlustfrei auf den Mechanorezeptor übertragen. Es handelt sich also um
einen so genannten "mikrofluidischen" und "mikrohydraulischen"
IR-Sensor. Da die Atmosphäre für Infrarotlicht in diesem
Wellenlängenbereich durchlässig ist, können die Insekten potenzielle
Brutplätze auf weite Distanzen wahrnehmen.
Dr. Michael Tewes und Dr. Markus Löhndorf vom Forschungszentrum
caesar haben nun begonnen, das Prinzip des winzigen Käfersensors in die
Technik zu übertragen. Im ersten Ansatz ist ein mikrofluidischer Sensor
entstanden, in dem die Ausdehnung einer stark IR-absorbierenden
Flüssigkeit gemessen wird. Im Computer ist dieser Sensor bereits fertig
entwickelt; ein Patent wurde kürzlich angemeldet. Erste Sensorelemente
können auf dem Messestand unter dem Mikroskop betrachtet werden.
Kontakt:
Privatdozent Dr. Helmut Schmitz
Institut für Zoologie der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-2071
E-Mail:
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