Folie spritzt Dieben heißen Schaum ins Gesicht
Der unscheinbare, aber durchaus wehrhafte Bombardierkäfer inspirierte Forscher der ETH-Zürich dazu, eine Schutzfolie zu entwickeln, die bei Zerstörung heißen Schaum verspritzt. Damit könnten sich Geldautomaten wirksam und kostengünstig schützen lassen.
Sobald ein Dieb die Schutzfolie beschädigt, schießt ihm 80 Grad heißer Schaum ins Gesicht. Pro Quadratmeter soll die Folie weniger als 30 Euro kosten.
Foto: ETH Zürich
Es klingt ein wenig wie eine dieser skurrilen Angriffs- oder Verteidigungserfindungen aus James Bond Filmen: eine Schutzfolie, die einen Angreifer heißen Schaum ins Gesicht spritzt, wenn er sie zerstört. Hinter der Idee steckt der Chemieprofessor Wendelin Jan Stark von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich. Die Folie ist Angewandte Wissenschaft per Excellence und ein Musterbeispiel für ein erfolgreiches bionisches Projekt.
Der Käfer stellt das wohl aggressivste chemische Abwehrsystem der Natur her
Abgeschaut hat sich das Team um Stark das Prinzip der wehrhaften Schutzfolie von einem simplen Käfer mit einem krachenden Namen: dem Bombardierkäfer. Dieses etwa ein Zentimeter lange Insekt kommt in Mitteleuropa häufig vor und wirkt ziemlich harmlos. Sein Kopf und der Halsschild sind meist rostrot, das Hinterteil ist blau oder auch grün glänzend. Dieses glänzende Hinterteil hat es allerdings in sich: Es ist das Chemielabor, welches das wohl aggressivste chemische Abwehrsystem herstellt, das die belebte Natur zu bieten hat.
Droht dem Bombardierkäfer Gefahr, so lässt er es krachen: Unter heftiger Geräuschentwicklung stößt er ein ätzendes Spray aus. Damit kann er Ameisen töten oder Frösche in die Flucht schlagen. Diesen ätzenden Sprengstoff stellt Mister Bombardier bei Bedarf rasch selbst her. In einer Reaktionskammer am Hintern werden zwei getrennt lagernde Chemikalien vermischt und mit Hilfe von Enzymen zur Explosion gebracht.
Beschädigung der Folie setzt chemische Reaktion in Gang
„Wenn man sieht, wie elegant die Natur Probleme löst, merkt man, dass die technische Welt oft festgefahren ist“, sagt Wendelin Jan Stark bewundernd. Sein Team hat das Prinzip der getrennt lagernden Chemikalien, die im Bedarfsfall vermischt und zur Explosion gebracht werden, nun auf eine Kunststoff-Folie mit Wabenmuster übertragen. Die Hohlräume dieser Waben füllen die Forscher mit einer der zwei Chemikalien Wasserstoffperoxid oder Mangandioxid und kleben die Folien aufeinander.
Sobald die Folie bricht, mischen sich Wasserstoffperoxid und Mangandioxid. Die chemische Reaktion erzeugt einen 80 Grad heißen Schaum.
Quelle: ETH Zürich
Bei einem Stoß oder einer Beschädigung der Folie zerbricht die Trennschicht und Wasserstoffperoxid und Mangandioxid mischen sich. Es kommt zu einer ziemlich heftigen Reaktion, bei der Wasserdampf, Sauerstoff und Wärme produziert werden.
Das Mangandioxid übernimmt die Funktion des Enzyms im Popo des Bombardierkäfers. Es wirkt als Katalysator und hat den angenehmen Nebeneffekt, spottbillig zu sein. Mit dieser selbstverteidigenden Folie kann man Vandalen sehr effektiv abschrecken oder wertvolle Güter schützen. „Überall dort, wo etwas nicht angefasst werden sollte, wäre ein Einsatz denkbar“, sagt Stark.
80 Grad heißer Schaum spritzt dem Angreifer ins Gesicht
Die Ergebnisse ihrer bionischen Experimente haben das Team um Professor Stark vor gut einem Monat im Fachmagazin „Journal of Materials Chemistry A“ veröffentlicht. Dort berichten die Forscher, dass im Vergleich zum Käfer das Resultat der chemischen Reaktion ihrer wehrhaften Folie eher ein Schaum als ein Spray sei.
Der Schaum kann allerdings wehtun, er wird 80 Grad Celsius heiß. Genau wie im Käferpopo braucht es auch im Labor nur wenig mechanische Energie, um eine viel größere Menge chemischer Energie freizusetzen. Das ist vergleichbar mit einer Sprengkapsel oder einem elektrisch gezündeten Verbrennungszyklus in einem Motor.
Folie könnte Diebe an Geldautomaten in die Flucht schlagen
Aus Sicht der Forscher eignet sich ihre Folie besonders gut für den Schutz von Geldautomaten oder auch Geldtransporten. In den Geldautomaten lagern die Banknoten in Kassetten, die regelmäßig ausgetauscht werden. Und Geldautomaten sind offenbar für Menschen mit krimineller Energie und akutem Geldbedarf extrem interessant. Im ersten Halbjahr 2013 wurden in Europa über 1000 Angriffe auf Geldautomaten gemeldet, wobei ein Verlust von zehn Millionen Euro entstand.
Es lohnt sich also, diese begehrten Objekte zu schützen. Es gibt bereits Schutzvorrichtungen, mit denen Geldräuber und Geldscheine mit Farbe besprüht werden können. Doch das sind mechanische Systeme. „Ein Motörchen wird in Gang gesetzt, wenn es von einem Sensor einen Impuls erhält. Das braucht Strom, ist störanfällig und teuer“, sagt Stark. Ziel seiner Forschungsgruppe sei dagegen, komplizierte Regeltechnik durch geschickte Materialien zu ersetzen.
Freigesetzte DNA-Nanopartikel markieren Geldscheine
Die Forscher präparierten für den Schutz von Geldkassetten die Folie aus Wasserstoffperoxid und Mangandioxid zusätzlich mit einem Farbstoff und in Nanopartikel gehüllte DNA. Wird jetzt die Folie zerstört, so tritt mit dem heißen Schaum auch der Farbstoff aus und entwertet das Geld. Durch die ebenfalls freigesetzten DNA-Nanopartikel sind die Geldscheine zudem biologisch markiert, so dass sich ihr Weg zurückverfolgen lässt.
Die Kosten für dieses an Fünf-Euro-Banknoten erfolgreich ausprobierte Sicherheitskonzept halten sich in Grenzen. Professor Stark rechnet mit einem Preis von gut 40 Dollar, also 28,85 Euro pro Quadratmeter Folie. Der Vorreiter in Sachen Angewandte Wissenschaft charakterisiert seine erfolgreiche Forschungsmethode so: „Die Natur imitieren und einfache Ideen mit Hightech-Methoden umsetzen.“
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