Für die Flügel von Flugzeugen: Zweite Haut gibt Frostschutz bei Bedarf ab
Inspiriert durch eines der giftigsten Tiere des Planeten, dem Pfeilgiftfrosch, hat ein Forscher ein System vorgestellt, mit dem die Flügel von Flugzeugen wesentlich länger eisfrei gehalten werden können. Zudem schont es die Umwelt und kostet viel weniger Geld.
Blauer Pfeilgiftfrosch: Die zwei Hautschichten des Frosches inspirierten Konrad Rykaczewski zu einem Enteisungssystem für Flugzeuge.
Foto: panthermedia.net/macropixel
Die poppig-bunten, aber extrem giftigen Baumsteigerfrösche haben schon die Indianer Kolumbiens und Panamas inspiriert. Wenn dieser Frosch Gefahr wittert, sondert er über die Haut ein äußerst toxisches Sekret ab. Das wissen die Indianer und streichen ihre Pfeilspitze einfach über den Rücken der Frösche. Dabei bleibt genug Gift an der Spitze haften, um jeden Gegner auszuschalten. Das brachte den winzigen Fröschen auch ihren Namen ein: Pfeilgiftfrosch.
Geistesblitz im Panama-Urlaub
Nun hat sich erneut jemand von den Baumsteigerfröschen inspirieren lassen. Der Assistant Professor für Luft- und Raumfahrt und im Maschinenbau Konrad Rykaczewski an der Arizona State University (ASU) begegnete ihnen auf einer Urlaubsreise nach Panama und war fasziniert von dem Prinzip der zwei Hautschichten des Frosches: Eine äußere Schicht ist der Umgebung ausgesetzt und eine innere Schicht stellt das Gift genau dann bereit, wenn Gefahr droht.
Assistant Professor Konrad Rykaczewski.
Quelle: ASU
„Diese Funktionalität des Gift-Release auf Anfrage, war genau das was ich mit Frostschutzmitteln tun wollte“, schwärmt Rykaczewski von dem Moment der Inspiration. „Eine Zwei-Schicht-Haut anstelle einer einzelnen texturierten Schicht war ein cleverer Weg, um das zu tun.“
Umweltschädlich und teuer
Derzeit wird das Frostschutzmittel auf den Flughäfen von unten auf die Flugzeugflügel gesprüht. Das ist enorm schädlich für die Umwelt. Denn bei diesem Besprühen tropft jede Menge überschüssiges Glykol-Wasser-Gemisch zu Boden. Und: Es werden auch dann die Flügel besprüht, wenn das Frostschutzmittel später im Flug überhaupt nicht benötigt wird.
Zudem ist das System äußerst teuer: Laut einem masFlight-Bericht aus dem Jahr 2014 kosten Flugausfälle und Verzögerungen aufgrund von Winterwetter die amerikanischen Fluggesellschaften durchschnittlich 1,5 Milliarden US-Dollar.
Versagt erste Schicht, setzt Pfeilgiftfrosch-Mechanismus ein
Das Forscherteam um Rykaczewski an der ASU entwickelte zwei papierdünne Schichten, die auf die Flügel des Flugzeugs aufgesprüht werden. Die innere Schicht enthält das Frostschutzmittel. Die äußere, poröse Schicht ist stark wasserabweisend und lässt schon einmal den Regen einfach abperlen. Erst wenn diese Schicht den Wetterbedingungen nicht mehr standhalten kann, greift der Pfeilgiftfrosch-Mechanismus: Dann gibt die innere Schicht das Frostschutzmittel frei.
Freisetzung von Frostschutzmittel geschieht von selbst
„Wenn die Oberfläche beginnt zu vereisen, dann füllen sich die Poren mit Kondensat oder Eis und gelangen so in Kontakt mit dem Frostschutzmittel“, erklärt Rykaczewski.
„Durch den Kontakt beginnt der Frostschutz mit dem Schmelzen vom Eis. Die Freisetzung von Frostschutzmittel geschieht von selbst.“ Der neuartige zweischichtige Überzug verzögert die Bildung von Eis auf den Flügeln enorm. Durch den Pfeilgiftfrosch-Mechanismus bleibt der Flügel 60 Mal länger eisfrei, als nur mit einer wasserabweisenden Beschichtung.
Froschhaut erst an unbemannten Drohnen testen
Es gibt Warnungen von Experten, dass die Textur der äußeren Schicht möglicherweise die Flügeloberfläche dramatisch verändern und so negativen Einfluss auf die Flugeigenschaften der Flugzeuge nehmen kann. Diese nimmt Rykaczewski ernst, glaubt aber nicht daran: „Die von uns vorgeschlagene äußere superhydrophobe Textur besteht aus sehr kleinen Nano-Dellen, die glatter sind, als hochglanzpoliertes Metall. Ich wäre daher überrascht, wenn die Textur dramatische Auswirkungen auf die Luftzirkulation hat.“
Jetzt will er seine Froschhaut erst einmal an unbemannten Drohnen testen.
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