Tarnen wie ein Tintenfisch: Forscher entwickeln künstlichen Tarnmechanismus

Ein neu entwickeltes elektronisches Tarnsystem passt sich wie ein Oktopus automatisch seiner Umgebung an. Eine Silizium-Diode ändert über Erwärmung die Eigenschaften eines Farbstoffs.

Artikel veröffentlicht am 19. August 2014, 15:58 Uhr, Matthias Matting

Die Oberfläche bildet eine Farbzelle auf einer reflektierenden Schicht aus Silber. (Bild: Matthias Matting)

Ein internationales Forscherteam hat einen Prototyp entwickelt, der die farbwandlerischen Tarnfähigkeiten eines Oktopus simuliert - mit Farbzellen und Silizium-Dioden. Vor 450 Millionen Jahren hatten die Herrscher der Welt ihre Füße am Kopf. Der Großkontinent Gondwana und die kleineren Kontinente Laurentia, Baltica und Sibiria waren noch weitgehend kahl, gerade hatte die Eroberung der Landmassen durch Moose und Pilze begonnen. Die Atmosphäre enthielt statt heute 20,9 nur 13,5 Prozent Sauerstoff, dafür aber elfmal so viel Kohlendioxid. Das eigentliche Leben spielte sich im Ozean ab.

Hier hatte eine Tierklasse die Herrschaft übernommen, die ihre Füße und Arme tatsächlich am Kopf trägt und passenderweise Kopffüßer heißt. Zu den Kopffüßern gehören Tintenfische, aber auch Kalmare, Kraken und die Gattung Nautilus, die durch ihre Außenschale auffällt. Die Tiere sind in der Lage, mit Hilfe von Muskelzellen die Chromatophoren zu dehnen, so dass sich an dieser Stelle die Farbe ihrer Hautoberfläche ändert.

Das passiert so schnell, dass manche Arten Farbwellen über ihren Körper laufen lassen können. Unter den Farbzellen befindet sich ähnlich wie bei einer LCD-Zelle eine durchsichtige Schicht, deren Reflexionsverhalten die Tiere steuern können. Die Hauptarbeit bei der Steuerung übernehmen die Augen, die unter passiver Beteiligung von Gehirn und Nervensystem Signale direkt an die Muskeln der Farbzellen senden. Zudem scheint es in der Haut noch zusätzliche, lichtempfindliche Sinneszellen zu geben, als deren Funktion Forscher die lokale Steuerung des Tarnmechanismus vermuten.

70 Kalmargattungen können zusätzlich auf lumineszierende Zellen zurückgreifen, Photophoren, die meist durch eine chemische Reaktion Licht erzeugen. Auch das kann für Tarnzwecke praktisch sein.

Biegsames Material und wenig Energieverbrauch

Ein solches System nachzubauen, fällt menschlichen Ingenieuren gar nicht so leicht. Das besondere Problem besteht darin, dass eine ganze Reihe von Aufgaben gleichzeitig zu erledigen ist: Die Umgebung muss erfasst werden, daraufhin muss sich die Oberfläche farblich anpassen. Das Material sollte biegsam sein - und der ganze Prozess muss sich natürlich möglichst oft wiederholen lassen und darf dabei nicht zu viel Energie verbrauchen. Im Fachmagazin PNAS stellt ein internationales Forscherteam jetzt den Prototypen eines Systems vor, das diese Bedingungen erfüllt.

Der Prototyp imitiert den Tarnmechanismus des Tintenfischs ziemlich gut: Die Oberfläche bildet eine Farbzelle auf einer reflektierenden Schicht aus Silber, die über den Input eines Lichtdetektors angesteuert wird. Allerdings arbeitet hier kein Muskel, sondern eine Silizium-Diode, die über ihre eigene Erwärmung die Eigenschaften des Farbstoffs ändert. Die komplette Struktur ist nur 100 Mikrometer dick, das darunter befindliche Plastik ist biegsam.

Das System ist so konfiguriert, dass die Lichtsensoren nach oben oder nach unten "sehen" können - es wäre also möglich, das Material auf eine Struktur aufzulegen und dessen farbliche Details zu imitieren - jedenfalls soweit es sich um Grautöne handelt, denn bisher kann der künstliche Tarnmechanismus nur zwischen Schwarz und Weiß in verschiedenen Kontrasten wechseln. Die Forscher sehen sowohl zivile als auch militärische Anwendungen der Technik - es ist es kein Zufall, dass ein Teil der Arbeit von der US-Luftwaffe finanziert wurde.