Was sind die Herausforderungen bei bestehenden Filteranlagen?
Das größte Problem bei bestehenden Filtern ist, dass sie schnell verstopfen. Zudem möchte man den Energieaufwand reduzieren, der benötigt wird, um den Filtrationsprozess zu erhalten. In der Natur gibt es die gleichen Herausforderungen, die von ganz unterschiedlichen Organismen gelöst werden müssen. Zum Beispiel, wenn wir in einer staubigen Umgebung sind und unsere Nase durch die vielen Partikel verstopft, dann gibt es eine Reaktion von Körper. Er transportiert mehr Schleim, um die Partikel abzutransportieren – und im schlimmsten Fall müssen wir uns die Nase putzen. Es gibt noch viele andere Ideen in der Natur.
Welche biologischen Vorbilder eignen sich, um Filtersysteme zu verbessern?
Wir haben insgesamt sechs biologische Systeme gefunden, die Partikel aus der Luft trennen für Funktionen wie Schutz, Fortpflanzung und Nahrungsaufnahme. Dazu zählen Nasenhöhlen, Seidenkokons bei Insekten, Spinnennetze, Filter bei der Insektenatmung, Pflanzen mit Windbestäubung und Pflanzen, die Feinstaubpartikel ablagern. Ein sehr interessantes Beispiel sind Nasenhöhlen, die Partikel zum Schutz der Lunge herausfiltrieren. Doch dazu nutzt unsere Nase kein Sieb oder feines Netz, sondern eine Kombination aus Nasenhaaren, einer speziellen geometrischen Struktur und Schleim. Eine solche Struktur kenne ich bisher nicht aus technischen Filtern. Das biologische Vorbild Nase könnte also dazu genutzt werden, bestehende Filter zu verbessern oder ganz neue Filtersysteme zu entwickeln.
Was sind die Herausforderungen dabei?
Eine große Herausforderung im nächsten Schritt ist die Analyse der biologischen Vorbilder und anschließend der Transfer ins technische System. Jedes biologische Vorbild ist individuell und es sind unterschiedliche Methoden nötig, je nachdem, ob man nun eine Nase, ein Spinnennetz oder eine Blüte untersuchen möchte. Danach müssen wir die Eigenschaften identifizieren, die die spezielle Funktion erfüllen und diese in ersten Modellen nachbauen. Das kann etwas dauern, weil man viele Daten sammeln und man manchmal etwas tüfteln muss, bis man einen funktionierenden Prototypen hat – aber ich mag genau diese Herausforderung.
Woran wird an der Uni Bonn zu dem Thema geforscht?
Wir wollen weiter an Seidenkokons von Hornissenlarven forschen. Diese spinnen sich für die Entwicklung zum erwachsenen Insekt ein und sind so während dieser empfindlichen Phase geschützt. Die Seidenkokons scheinen sehr interessante Filtereigenschaften zu haben, aber das wurde bisher nur wenig erforscht. Genau das schauen wir uns an, um zu prüfen, ob man auf diesem biologischen Vorbilder neue Filter, zum Beispiel für Mund-und-Nasen-Schutz, entwickeln kann.
