Forscher zeigen neuen Infrarotsensor

Gemeinsam mit Wissenschaftlern des Forschungszentrums caesar stellen Zoologen der Universität Bonn auf der Hannover Messe (Gemeinschaftsstand der Wissenschaftsregion Bonn) vom 24. bis 28. April einen neuartigen Infrarotsensor vor. Das bisher in Natur und Technik unbekannte Messprinzip haben sie dabei einem kleinen Insekt abgeschaut: dem Schwarzen Kiefernprachtkäfer, der im Holz frisch verbrannter Bäume seine Eier ablegt und Waldbrände angeblich noch aus 80 Kilometern Entfernung entdecken kann. Die Wissenschaftler haben die Hoffnung, dass sich solche bionischen Messfühler wesentlich kostengünstiger herstellen lassen werden als aktuell auf dem Markt erhältliche IR-Sensoren. Die Forscher präsentieren das neuartige Sensorkonzept in Halle 2, Stand D35.

Der Schwarze Kiefernprachtkäfer fliegt auf verbranntes Holz: Unmittelbar nach Waldbränden laufen die Weibchen auf den Bäumen umher und legen in der verkohlten Rinde ihre Eier ab. Da viele andere Insektenarten eine frische Brandfläche meiden, können sich die Prachtkäfer-Larven dort weitgehend unbehelligt von Konkurrenz entwickeln. Ihren „Sinn für’s Brenzlige“ verdanken die erwachsenen Insekten einem pfiffigen Sinnesorgan auf ihrer Unterseite: Dort sitzen zahlreiche Sensoren, die für die Infrarot- („IR“) Strahlung eines Waldbrandes außerordentlich empfindlich sind.

„Interessanterweise handelt es sich bei diesen Infrarotfühlern um abgewandelte Mechanosensoren“, erklärt der Bonner Zoologe Dr. Helmut Schmitz. „Das ist eine neuartige und elegante Messmethode für IR-Strahlung.“ Der fingerförmige Fortsatz eines einzelnen Mechanorezeptors ist in eine winzige Kugel aus „Kutikula“ eingebettet – das ist das Material, aus dem auch der Insektenpanzer besteht. Im Inneren der Kugel befinden sich winzige wassergefüllte Hohlräume, die miteinander in Verbindung stehen. Der druckempfindliche „Finger“ steckt mit seiner Spitze in einem dieser Hohlräume. „Die Kutikula der Kugel und auch das darin befindliche Wasser absorbieren besonders gut Wärmestrahlung von etwa drei Mikrometern Wellenlänge – das ist genau die Strahlung, die typischerweise bei einem großen Waldbrand frei wird“, sagt Dr. Schmitz. Bei auftreffender IR-Strahlung erwärmen sich daher Kutikula und Wasser und dehnen sich aus. Der resultierende Druckanstieg wird nun hauptsächlich durch das Wasser schnell und nahezu verlustfrei auf den Mechanorezeptor übertragen. Es handelt sich also um einen so genannten „mikrofluidischen“ und „mikrohydraulischen“ IR-Sensor. Da die Atmosphäre für Infrarotlicht in diesem Wellenlängenbereich durchlässig ist, können die Insekten potenzielle Brutplätze auf weite Distanzen wahrnehmen.

Dr. Michael Tewes und Dr. Markus Löhndorf vom Forschungszentrum caesar haben nun begonnen, das Prinzip des winzigen Käfersensors in die Technik zu übertragen. Im ersten Ansatz ist ein mikrofluidischer Sensor entstanden, in dem die Ausdehnung einer stark IR-absorbierenden Flüssigkeit gemessen wird. Im Computer ist dieser Sensor bereits fertig entwickelt; ein Patent wurde kürzlich angemeldet. Erste Sensorelemente können auf dem Messestand unter dem Mikroskop betrachtet werden.

Kontakt:
Privatdozent Dr. Helmut Schmitz
Institut für Zoologie der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-2071
E-Mail: h.schmitz@please-remove-everything.tv@between-at-signs@uni-bonn.de

Dr. Markus Löhndorf
Forschungszentrum caesar
Telefon: 0228/9656-217
E-Mail: loehndorf@please-remove-everything.tv@between-at-signs@caesar.de