Wie Fruchtschalen Autofahrer zukünftig schützen könnten

Die Schale von Früchten kann großem Druck und sehr hohen Krafteinwirkungen widerstehen. Diese Eigenschaften machten sich Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin zunutze. Sie entwickelten einen speziellen Metallschaum, der der Schale der Pomelo-Frucht nachempfunden wurde.

Die Zitrusfrucht Pomelo könnte zukünftig das Autofahren noch sicherer machen. Pomelos gehören zu den schwersten und größten Zitrusfrüchten der Welt. Ihre Schale ist so widerstandsfähig, dass selbst ein Aufprall aus zehn Metern Höhe auf einen Betonboden ihm nichts anhaben kann. Die zwei bis drei Zentimeter dicke Schale der Frucht absorbiert dabei 90 Prozent der kinetischen Energie. Wie das genau funktioniert haben sich nun Wissenschaftler der TU Berlin, sowie der RWTH Aachen und der Universität Freiburg angesehen.

„Die hohe und effiziente Energieabsorption der Pomelo-Schale liegt in ihrer inneren Struktur begründet“, sagt Paul Schüler vom TU-Fachgebiet Werkstofftechnik. So ist die Schale im Inneren höchst komplex und basiert auf einer offenporigen Schaumstruktur: „Der äußere Randbereich ist sehr fein-, der mittlere großporig und im Übergangsbereich zum Fruchtfleisch hin sind die Poren langgestreckt“, so die Wissenschaftler. Steife sich verzweigende Faserbündel, die senkrecht zur Außenseite der Schale verlaufen, sorgen für eine zusätzliche Stabilität.

„Das enorme spezifische Energieabsorptionsvermögen der Schale wird aber ganz offensichtlich durch die Stege der Schaumstruktur erzeugt. Diese sind innen hohl und mit einer Flüssigkeit gefüllt“, so Schüler. Beim Aufprall werde die Flüssigkeit von einem Steg in den anderen gedrückt und bewirke die stoßdämpfende Eigenschaft. Das Ergebnis: Die Schale platzt nicht auf und das Fruchtfleisch wird vorm schnellen Verrotten bewahrt.

Inspiriert von der Schale der Pomelo-Frucht haben die Wissenschaftler auch die Macadamia-Nuss angesehen. Der Schale der Macadamia können Stiche und Schläge kaum etwas anhaben. Untersuchungen haben eine siebenschichtige Sandwichstruktur zum Vorschein gebracht. „Die Festigkeit der Macadamia-Schale beruht nicht auf der Dicke der Schale, sondern auf ihrer Faserstruktur, die andere Nussschalen nicht aufweisen – so unsere Erkenntnis“, so Paul Schüler. Die äußere Schale weise kugel- bis kartoffelförmige sogenannte Sklereid-Zellen mit dicken Zellwänden auf. Dann folgt eine dicke Schicht mit ineinander verflochtenen Sklerenchymfasern.

Die Pomelo- und Macadamia-Nussschalen sind herausfordernde Inspirationsquellen für die bionische Entwicklung von Schutz- oder Behältermaterialien“. Aus diesem Grund arbeiten die Wissenschaftler an neuen Materialien und nutzen die Funktions- und Strukturprinzipien der Schalen. Interessant wäre, so Schüler, ein neues Material zu entwickeln, das die Eigenschaften der Pomelo-Schale und die der Macadamia-Nuss miteinander kombiniert. Aus einem solchen Material könnten dann Sturzhelme, Schutzwesten oder Crashabsorber beim Auto hergestellt werden. „Und geradezu fantastisch wäre es, gelänge es, die Außenhülle eines Flugzeuges aus einem solchen Material zu bauen, sodass es einen Absturz übersteht und nicht auseinanderbricht. Die Passagiere blieben geschützt.“

Derzeit experimentieren sie an der Universität mit einem Material aus einer Aluminiumlegierung. Diese ist extrem leicht und verfügt über eine offenporige Schaumstruktur und ist der Schale der Pomelo nachempfunden.

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