Materialforschung

Menschen könnten vom Schneckenpanzer lernen

Eine nur wenige Zentimeter große Tiefseeschnecke könnte helfen, bessere Schutzausrüstungen und Panzerungen zu entwickeln: Sie besitzt ein Schneckenhaus, dessen Schale dank ihrer ungewöhnlichen dreischichtigen Struktur extrem widerstandsfähig gegenüber Stößen und Druck ist.

Foto: picture-alliance/ dpa / dpa

Das haben US-Forscher entdeckt, als sie die Panzerstruktur der Tiefseeschnecke Crysomallon squamiferum untersuchten. Das kleine Tier lebt auf dem Meeresgrund in der Nähe von Hydrothermalquellen, wo die Lebensbedingungen äußerst harsch sind. Es ist also auf einen stabilen und gleichzeitig flexiblen Schutzpanzer angewiesen. Sollte es gelingen, das Prinzip künstlich nachzubauen, könnten daraus stabilere Materialien beispielsweise für den Einsatz im Sport, im Personenschutz, in der Raumfahrt und der Luftfahrt sowie zum Schutz von Pipelines entwickelt werden, schreiben Christine Ortiz vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und ihre Kollegen im Fachmagazin „PNAS“.

Bei einer Untersuchung der Schnecken aus den Tiefen des Indischen Ozeans entdeckten die Forscher, dass deren Schneckenhaus-Schale aus drei verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften aufgebaut ist: Die mittlere Schicht besteht aus einer weichen, biegsamen Substanz, die Stöße abfedern kann. Die innere und die äußere Lage sind aus einem steiferen und extrem harten Material aufgebaut, wobei die äußere zusätzlich mit Eisensulfid-Partikeln verstärkt ist.

Um herauszufinden, wie dieser ungewöhnliche Aufbau die Eigenschaften des Schneckenhauses beeinflusst, entwickelten die Forscher ein Computermodell. Anhand dieses Modells analysierten sie, wie sich die Tiere bei einem Angriff verteidigen und gleichzeitig ihre Bewegungsfreiheit beibehalten können. Nach Einschätzung der Forscher tragen das Schichtgefüge, die verschiedenen Materialien wie auch die innere Struktur der einzelnen Lagen maßgeblich zur außergewöhnlichen Effektivität des Panzers bei.

Biologische Außenskelette, besonders solche mit robusten und multifunktionalen Eigenschaften, enthalten ein enormes Potenzial: Mit dem Wissen aus den Tierschalen können neue, hochbelastbare Schutzmaterialien hergestellt werden, erklären die Forscher. Als konkrete Anwendungen von entsprechenden bioinspirierten Stoffen nennen sie astronautische Anzüge, Helme, feste Anstriche für Fahrzeuge oder die Absicherung von Pipelines gegen den Abrieb durch Gesteine.

Dabei könnten sich die synthetischen Werkstoffe präzise auf den Verwendungszweck zuschneiden lassen, weil der Natur-Baukasten extrem viele Variationen zulässt - angefangen bei Veränderungen von Anzahl und Dicke der Schichten über Geometrien mit besonderer Stabilität bis hin zu elastischen Materialien.