Tierisch

Darum ist der Schwanz des Seepferdchens eckig

Forscher hatten den Schwanz eines Seepferdchens mit Teilen aus dem 3D-Drucker nachgebaut und seine mechanischen Eigenschaften untersucht.

Clemson. Dank seines quadratischen Querschnitts ist der Schwanz der Seepferdchen flexibel, aber gleichzeitig stark und robust. Er ist gut vor Verletzungen geschützt, und die Tiere können sich damit an Seegras oder Korallen festhalten. Der Aufbau des Schwanzes und‎seine Eigenschaften könnten etwa Anregungen für die Robotik oder die Medizin geben, schreiben Wissenschaftler ‎um Michael Porter von der US-Universität in Clemson in der Fachzeitschrift „Science“. Sie hatten den Schwanz mit Teilen aus dem 3D-Drucker nachgebaut und seine mechanischen Eigenschaften untersucht.

Der Seepferdchenschwanz besteht aus einer innenliegenden Wirbelsäule und einem äußeren Knochenkanal. Dieser besteht aus Segmenten mit jeweils vier L-förmigen Knochenplatten, die sich jeweils überlappen und eine quadratische Form bilden. Die ‎Segmente sind so miteinander verbunden, dass ein Bewegungsspielraum bleibt. Die Wirbelsäule ist über stiftförmige Fortsätze mit dem Knochenkanal verbunden, außerdem sorgen Muskeln und ‎Kollagen für Halt.

Dieser Aufbau ermöglicht es den Fischen, seinen Schwanz zum Bauch hin um etwa 850 Grad zu winden, also mehr als zwei Umdrehungen zu machen. Zur Seite sind es immerhin 570 ‎Grad, zum Rücken hin 290 Grad.

„Fast alle Tierschwänze haben runde oder ovale Querschnitte – aber nicht der des Seepferdchens. Wir ‎fragten uns, warum“, sagte Porter. Deshalb konstruierten die Forscher mittels einer Ingenieurssoftware sowohl den ‎quadratischen Schwanz des Seepferdchens als auch eine nicht in der Natur vorkommende runde ‎Variante des Schwanzes mit ‎demselben Aufbau. Dann druckten sie die dreidimensionalen Teile aus, setzten sie zusammen und testeten sie.‎

Es zeigte sich, dass der quadratische Schwanz ‎deutlich mehr Energie aufnehmen kann, bevor er bricht: Die Knochenplatten verschieben sich ‎parallel zueinander und halten noch, wenn der Schwanz auf 60 Prozent seiner Größe ‎zusammengedrückt wird. Die runden Knochenplatten verformen sich hingegen und brechen deshalb leichter. Der eckige Schwanz macht es also Fressfeinden schwerer, den Schwanz zu zerbeißen. Wenn der eckige Schwanz einmal verdreht ist, kehrt er in die ursprüngliche Position zurück, sobald der Druck nachlässt, berichten die Forscher weiter.

Sie fanden zudem heraus, dass der quadratische Schwanz besser zum Festhalten geeignet ist als der runde. Sie erklären das damit, dass der viereckige Schwanz eine größere‎Kontaktfläche mit dem Untergrund bietet.

„Die gegenwärtige Forschung im Bereich bioinspirierter Robotik wendet sich von strikt steifen Elementen hin zu weichen Aktoren, aber diese weichen Roboter sind anfälliger für Verletzungen“, schreibt Miriam Ashley-Ross von der Wake Forest University in Winston-Salem (USA) in einem Kommentar. Die Kombination aus mechanischer Stärke und Flexibilität,‎erläutert am Seepferdchenschwanz, sei deshalb reizvoll.