Linz – Weil er durch Sand "schwimmen" kann wie die Riesenwürmer des Wüstenplaneten in Frank Herberts "Dune"-Saga, wird der Apothekerskink (Scincus scincus) im Englischen auch "sandfish" genannt. Die etwa 20 Zentimeter langen Echsen, die in Nordafrika und auf der Arabischen Halbinsel beheimatet sind, bewegen sich so gekonnt durch dieses Medium, dass sie auch für die Bionik interessant geworden sind.

Untersucht wurde beispielsweise schon die spezifische Schuppenstruktur des Skinks, aber auch die Effizienz seiner Beinbewegungen, um Material zu bewegen – ein mögliches Vorbild für optimierte Förderprozesse. Linzer Forscher haben sich nun einem weiteren Aspekt gewidmet: der Atmung des Skinks. Immerhin verbringen die Tiere die meiste Zeit ihres Lebens eingegraben im feinen Wüstensand und können bis zu einer Tiefe von einem halben Meter atmen, ohne Sand in ihre Lungen zu bekommen. Sie verfügen also offenbar über einen höchst effizienten Filtermechanismus.

Atmen im Sand

Um diesen FIlter zu analysieren, ließ ein Team um Anna Stadler und Werner Baumgartner vom Institut für Medizin- und Biomechatronik der Universität Linz einen 3D-Drucker ein Modell des Skink-Atemtrakts bauen. Damit ließen sich die Luftströmungen rekonstruieren – bis hin zur Frage, was mit "eingeatmetem" Sand passiert.

"Zu Beginn ist ein runder Kanal, und dann folgt eine Kammer, die oben breit und unten schmal ist", so Stadler. Dort kommt es durch den größeren Querschnitt zu einem Druckabfall und Geschwindigkeitseinbruch der Atemluft, weswegen der Sand sich absetzt. Zusätzlich wird er dort von Schleim festgehalten. Geleert wird das Depot durch eine Art Niesen. Die Echse atmet durchschnittlich zwei Sekunden lang gemächlich ein, das Ausatmen hingegen erfolgt sehr intensiv in nur 40 Millisekunden.

Das aerodynamische Filtersystem funktioniert bei einer gewissen Teilchengröße bis zu einem halben Millimeter Durchmesser, berichten die Forscher im Fachmagazin "Bioinspiration and Biomimetics". Laut Computersimulationen können die Skinke aber auch 70 Mikrometer kleine Partikel aus der Atemluft abscheiden.

Technische Verwertbarkeit

Die Forscher der Uni Linz haben nun ein Patent auf eine "Vorrichtung zum Filtern von Partikeln" angemeldet, die auf den Atemwegen des Apothekerskinks beruht. Mit diesem "neuartigen Filtersystem, das sich an der Echsennase orientiert", wäre es möglich, sogar Kleinstpartikel von fünf Mikrometern Durchmesser herauszufiltern. Die Vorrichtung hätte einen guten Selbstreinigungsmechanismus, indem sie die Ausatemtechnik des Skinks nachahmt. Gegenüber anderen Filtersystemen wäre sie auch leise und würde ohne empfindliche Membranen auskommen. (red, APA, 13. 2. 2020)