Funktionelles Design von Käferbeingelenken: Morphologie, Tribologie und kutikuläre Mikrostruktur

• Antragsteller: Dr. Konstantin Nadein, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414813928

In diesem Forschungsprojekt sollen tribologische, funktionelle und strukturelle Eigenschaften von Käferbeingelenken untersucht werden. Die zu untersuchenden Modellobjekte sind die Imaginalstadien von Zophobas morio (Große Schwarzkäfer) und Pachnoda marginata (Kongo-Rosenkäfer). Die Ziele des Projekts liegen in (1) der Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Beingelenke, (2) der Untersuchung der tribologischen Eigenschaften der Kutikula von Gelenken (inklusive Abnutzungseffekten), (3) der Untersuchung der Kontaminationsresistenz der Kutikula von Gelenken, (4) der Überprüfung des Vorhandenseins möglicher kutikulärer Schmierung in Gelenken, (5) der Untersuchung verschiedener mechanischer Eigenschaften der Gelenkkutikula (Steifigkeit, Härte, Elastizität), (6) der Beschreibung der Mikrostruktur der Gelenkkutikula und Überprüfen der möglichen Anwesenheit von verstärkenden Metallen. Das Forschungsprogramm besteht aus acht aufeinanderfolgenden Stufen. Untersuchungsstufe 1 betrifft die grundsätzliche morphologische Beschreibung der primären Elemente von Gelenken und bildet die deskriptive Grundlage der beiden folgenden Stufen. Untersuchungsstufen 2-8 befassen sich mit ausgewählten Eigenschaften der Gelenke im Zusammenhang mit deren Abnutzung, Schmierung, Verschmutzungsresistenz, mechanischen Eigenschaften, Mikrostruktur und Elementzusammensetzung ihrer Kutikula. Für diese Untersuchungen sollen Methoden der Mikrotomographie, der Licht- und Fluoreszenzmikroskopie, der (Kryo-)Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie (SEM und TEM), der konfokalen Laserscanning-Mikroskopie, der Rasterkraftmikroskopie (AFM), der energiedispersiven Röntgenspektroskopie, der Nanotribologie und -indentation kombiniert werden. Die erwarteten Ergebnisse werden als Grundlage zukünftiger biomimetischer Forschungen auch aus ingenieur- und materialwissenschaftlicher Perspektive angesehen und vielversprechend für einen biomimetischen Transfer in Studien von mikroelektromechanischen Systemen und Robotik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen