Der Geldautomat schlägt zurück: Forscher schützen Geld mit einer Methode, die einem aggressiven Käfer entlehnt ist

Der Geldautomat schlägt zurück: Forscher schützen Geld mit einer Methode, die einem aggressiven Käfer entlehnt ist
Der Geldautomat schlägt zurück: Forscher schützen Geld mit einer Methode, die einem aggressiven Käfer entlehnt ist
Anonim

Kopf und Halsschild sind meist rostrot, der Hinterleib blau oder glänzend grün: Der Bombardierkäfer ist etwa einen Zentimeter lang und in Mitteleuropa verbreitet. Auf den ersten Blick harmlos, besitzt es doch das wohl aggressivste chemische Abwehrsystem der Natur. Bei Bedrohung setzt der Bombardierkäfer ein ätzendes Spray frei, begleitet von einem knallenden Geräusch. Dieses Spray kann Ameisen töten oder Frösche verscheuchen. Den Sprengstoff stellt der Käfer bei Bedarf selbst her. In einer Reaktionskammer im Hinterleib des Käfers werden zwei separat gelagerte Chemikalien gemischt.Mithilfe katalytischer Enzyme wird eine Explosion ausgelöst.

"Wenn man sieht, wie elegant die Natur Probleme löst, merkt man, wie festgefahren die Welt der Technik oft ist", sagt Wendelin Jan Stark, Professor am ETH-Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften. Er und sein Team haben sich daher vom Bombardierkäfer inspirieren lassen und einen chemischen Abwehrmechanismus gegen Vandalismus entwickelt – eine sich selbst verteidigende Oberfläche aus mehreren sandwichartigen Kunststoffschichten. Wird die Oberfläche beschädigt, wird dem Angreifer heißer Schaum ins Gesicht gesprüht. Diese Technologie könnte verwendet werden, um Vandalismus zu verhindern oder wertvolle Güter zu schützen. „Dies könnte überall verwendet werden, wo Sie Dinge finden, die nicht berührt werden sollten“, sagte Stark. In der Land- und Forstwirtschaft könnte es beispielsweise eingesetzt werden, um Tiere davon abzuh alten, an Bäumen zu nagen.

Wie eine Sicherung

Für ihre Selbstverteidigungsoberfläche verwenden die Forscher Kunststofffolien mit Wabenstruktur.Die Hohlräume sind mit einer von zwei Chemikalien gefüllt: Wasserstoffperoxid oder Mangandioxid. Die beiden separaten Folien werden dann übereinander geklebt. Eine Klarlackschicht trennt die beiden Folien, die mit den unterschiedlichen Chemikalien gefüllt sind. Bei einem Aufprall wird die Zwischenschicht zerstört, wodurch sich Wasserstoffperoxid und Mangandioxid vermischen. Dies löst eine heftige Reaktion aus, bei der Wasserdampf, Sauerstoff und Wärme entstehen. Während beim Bombardierkäfer Enzyme als Katalysatoren wirken, hat sich Mangandioxid als kostengünstigere Alternative für diese Funktion im Labor erwiesen.

Die Forscher berichten, dass das Produkt der Reaktion im Film im Vergleich zum Käfer eher ein Schaum als ein Spray ist, wie in Zeitlupenvideos zu sehen ist. Infrarotbilder zeigen, dass die Temperatur des Schaums 80 Grad erreicht. Wie in der Natur wird im Labor sehr wenig mechanische Energie benötigt, um viel mehr chemische Energie freizusetzen – ganz ähnlich einer Zündschnur oder einem elektrisch gezündeten Verbrennungszyklus in einem Motor.

Angriffe auf Geldautomaten nehmen zu

Die neu entwickelte Folie könnte sich besonders gut zum Schutz von Geldautomaten oder Geldtransportern eignen, schreiben die Forscher in ihrem im Journal of Materials Chemistry A veröffentlichten Artikel. In Geldautomaten werden Banknoten in Geldkassetten aufbewahrt, die regelmäßig ausgetauscht werden. Das in Edinburgh ansässige European ATM Security Team berichtet, dass die Zahl der Angriffe auf Geldautomaten in den letzten Jahren zugenommen hat. Im ersten Halbjahr 2013 fanden in Europa mehr als 1.000 Angriffe auf Geldautomaten mit einem Schaden von 10 Millionen Euro statt.

Während es bereits Schutzvorrichtungen gibt, die Räuber und Banknoten besprühen können, handelt es sich dabei um mechanische Systeme, erklärt Stark. „Ein kleiner Motor wird durch das Signal eines Sensors in Gang gesetzt. Das braucht Strom, ist störanfällig und teuer.“Ziel seiner Forschungsgruppe ist es, komplizierte Steuerungssysteme durch ausgeklügelte Materialien zu ersetzen.

Banknoten unbrauchbar machen

Das ist genau das Ziel der Selbstverteidigungsfläche. Um die Kassen zu schützen, bereiten die Forscher die Folie vor, indem sie Mangandioxid hinzufügen. Dann fügen sie einen Farbstoff zusammen mit DNA hinzu, die in Nanopartikel gehüllt ist. Wenn die Folie zerstört wird, werden sowohl der Schaum als auch der Farbstoff freigesetzt, wodurch das Bargeld unbrauchbar wird. Die ebenfalls freigesetzten DNA-Nanopartikel markieren die Banknoten, sodass ihr Weg nachvollzogen werden kann. Laborversuche mit 5-Euro-Banknoten haben gezeigt, dass die Methode funktioniert. Auch die Kosten seien angemessen, schreiben die Forscher und rechnen mit rund 40 US-Dollar pro Quadratmeter Folie.

In einem ähnlichen früheren Projekt entwickelten ETH-Forschende eine mehrschichtige Schutzhülle für Saatgut, das normalerweise einer komplexen chemischen Behandlung unterzogen wird. Die Forscher ahmten den Schutzmechanismus von Pfirsichen und anderen Früchten nach, die giftige Blausäure freisetzen, um zu verhindern, dass die Kerne gegessen werden. Weizensamen sind mit Stoffen umhüllt, die bei ihrer Reaktion ebenfalls Blausäure bilden.Allerdings sind die Grundstoffe in verschiedenen Schichten voneinander getrennt und reagieren nur, wenn die Samen von einem Pflanzenfresser gebissen werden. „Die Natur nachahmen und einfache Ideen mit Hightech-Methoden verwirklichen“, beschreibt Stark die erfolgreiche Forschungsmethode.

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