Wie das Seepferdchen Ingenieure inspiriert

Fast alle Tierschwänze sind rund oder oval geformt, nur beim Seepferdchen nicht. Forscher um Michael Porter von der Clemson University in den USA haben sich gefragt warum. Der ungewöhnliche quadratische Knochenbau hilft zwar kaum beim Schwimmen, bringt aber andere Vorteile. Welche das sind, beschreibt das Team im Fachblatt „Science“.

Quadratische und runde 3D-Modelle

Der Seepferdchenschwanz besteht aus 36 quadratischen Segmenten, die durch eine in der Mitte verlaufende Wirbelsäule und Gelenke verbunden sind. Das Forscherteam stellte vereinfachte Modelle der eckigen und einer runden Form mithilfe von 3D-Druckern her und bog, verdrehte und drückte diese zusammen.

Die quadratische Form des Wickelschwanzes erweist sich als effektiver, wenn es um das Greifen und das Standhalten von Druck geht. So kann sich das Seepferdchen zum einen gut an Seegras oder Korallenriffen festhalten und dort solange warten, bis Essbares an ihm vorbeischwimmt. Zum anderen macht die widerstandsfähige Form es natürlichen Feinden wie den Wasservögeln schwer, das Meerestier zu fangen und im Schnabel zu halten.

Seepferdchen-Skelett

Im Experiment untersuchte das Team um Porter die Mechanik der Modelle bei äußerem Druck. Die rechteckigen Bauteile bewegten sich mit nur einem Freiheitsgrad, wenn sie zusammengeschoben wurden, während die runden Scheiben zusätzlich noch rotierten. Als die Forscher das eckige Modell dann verdrehten, behinderten sich die einzelnen Segmente gegenseitig. Das schränkte den Bewegungsbereich auf die Hälfte des runden Modells ein. Außerdem schnellte das eckige Modell nach dem Verdrehen schneller und mit nur minimalem Energieverbrauch in seine ursprüngliche Form zurück. Die Forscher vermuten darin den Grund für die Widerstandsfähigkeit der eckigen Struktur.

Beim Greifen beobachtete das Team, dass die eckigen Segmente mehr Kontaktpunkte mit der umfassten Oberfläche bildeten als die runden Bauteile und daher eine bessere Haftung hatten. Außerdem fanden sie heraus, dass der Seepferdchenschwanz sich genauso biegen lässt, dass er Objekte innerhalb des Sichtfelds greifen kann.

Die Erkenntnisse aus den 3D-Modellen sollen dazu führen, biologische Systeme und Entwicklungsprozesse in der Natur besser zu verstehen. Allerdings wollen Porter und Kollegen ihre Ergebnisse auch nutzen, um technische Anwendungen zu optimieren: Wenn man die Dimensionen des quadratischen Modells vergrößert, könne man beispielsweise einen Greifarm für Roboter konstruieren.