Militär: Drachenfisch als Vorbild für Schutzkleidung

Ritter schützten sich im Mittelalter mit Rüstungen aus festen, ineinandergreifenden Platten – eine Art Schuppen aus Metall. In der Natur existiert ein ähnlicher Entwurf bereits seit Jahrmillionen: Der Senegal-Flösselhecht, auch Drachenfisch genannt, besitzt ein kaum zu durchdringendes Schuppenkleid. Das dient Materialforschern nun als Designvorlage für einen Körperpanzer, der künftig Soldaten schützen soll.

Der Drachenfisch ist ein zäher Bursche. Die Spezies verdankt ihre mittlerweile 96 Millionen Jahre andauernde Erfolgsgeschichte einem starken Biss und einer kräftigen Hautpanzerung. Jede Schuppe am Körper des Hechts besteht aus mehreren Materialschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Wird er gebissen, bricht jede Schicht auf unterschiedliche Art und Weise. Die Schuppe als Ganzes aber bleibt intakt (Nature Materials, doi.org/frkx9r).

Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben nun herausgefunden, wie die Schuppen zusammenwirken: Zapfen und Fassungen greifen so ineinander, dass der Panzer beweglich genug bleibt, um zu schwimmen. "Diese Kombination aus Flexibilität und Festigkeit ist auch für menschliche Schutzkleidung perfekt", sagt Materialwissenschaftlerin Swati Varshney vom MIT. Sie stellte ihre Arbeit auf der Konferenz der Gesellschaft für Integrative und Vergleichende Biologie Anfang Januar in San Francisco vor.

Erprobtes Design

Zusammen mit Kollegen hat Varshney die Schuppen geröntgt. Mit Hilfe der Bilder rekonstruierten die Forscher die Struktur der Panzerung und bauten verschiedene Schuppentypen nach. An beweglichen Stellen wie dem Schwanz sind die Platten klein. So bleibt der Drachenfisch flexibel. Die Schuppen in der Leibesmitte hingegen, die die inneren Organe schützen, sind größer und steifer. Sie liegen so eng zusammen, dass die Zapfen die folgenden Schuppen verstärken, statt Bewegungen zu erlauben. "Die Fische sind erfolgversprechende Vorbilder für menschliche Schutzkleidung, da sie den technischen Entwurf sozusagen an sich selbst getestet haben", erklärt Biologe Dominique Adriaens von der Universität im belgischen Gent.

Die MIT-Forscher erstellten Computermodelle der Schuppen und druckten sie mit einem 3-D-Drucker aus. Ihnen gelang es, die Panzerung um das Zehnfache zu vergrößern und 144 ineinandergreifende Platten herzustellen. So wollen sie einen Ganzkörperanzug aus Schuppen für das Militär entwickeln. Als Kleidung könnte er das schwere Kevlar ablösen.

Noch liege das in weiter Ferne, sagt Varshney. Sollte der Fischpanzer für Soldaten aber Wirklichkeit werden, wären die Kämpfer trotz Schutzkleidung höchst agil. Ihr künstliches Schuppenkleid wäre am Oberkörper fest und steif und würde zu den Gliedmaßen hin flexibler. Über die Materialien ließe sich die Kleidung zudem an verschiedene Situationen anpassen. Keramikplatten beispielsweise könnten Hitze abweisen, Metall hingegen Geschosse abhalten.