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Ein selbstreinigendes Glas hält sich unter Wasser makellos.

Dies ist einer der Höhepunkte einer Reihe von Nachrichten über Technologie und Innovation, die mit großzügiger Unterstützung der Lemelson Foundation ermöglicht wurden.

Stellen Sie sich eine Oberfläche vor, die Sie nie reinigen mussten – denn sie wird nie schmutzig. Es bleibt makellos und widersteht Schmutz und Öl. Neue Forschungen zeigen, dass das Geheimnis eines so lang anhaltenden, schrubbfreien Glanzes mikroskopische Pfannkuchen sein könnten.

Einige selbstreinigende Oberflächen sind bereits vorhanden. Die Geschäfte verkaufen diese selbstreinigende Kleidung, Küchenutensilien und Fenster, um nur einige zu nennen, noch nicht. Aber die Wissenschaftler arbeiten an ihnen. Aus der Nähe sieht man, dass mikroskopisch kleine Säulen oder Säulen die Oberfläche vieler dieser Säulen bedecken. Ein Material, das diese winzigen Strukturen beschichtet, weist Öl und Schmutz ab. Die schmalen Säulenplatten geben dem Schmutz auch weniger Platz zum Kleben. Das hilft, dass Gunk abrutscht.

Aber Mikrosäulen sind bei weitem nicht ideal. Die hohen, dünnen Säulen biegen, schnappen und kippen leicht. Mit der Zeit können sich Schmutz und Öl um beschädigte Säulen ansammeln. Diese Anhäufung ist schwer zu entfernen, ohne eine Form der Reinigung. Und wenn die Oberfläche aus Glas ist, verursachen diese gebrochenen Säulen noch mehr Probleme. Verbogene und zerbrochene Teile – und klebende Schmiere – stören das durch das Glas strömende Licht. Das kann die Bilder, die durch sie betrachtet werden, verzerren oder verzerren.

Um diese Probleme anzugehen, haben Wissenschaftler in Norwegen einen neuen Ansatz gewählt. Anstelle von Säulen verwendeten sie kürzere, plattenförmige Pfannkuchenformen. Und bisher scheinen diese Pfannkuchen den Zweck zu erfüllen. Ein im Meer getestetes Fenster bleibt seit mehr als einem Jahr sauber und klar.

“Im Gegensatz zu Säulen bewegt sich Wasser frei zwischen unseren Pfannkuchenmikrostrukturen”, sagt Bodil Holst. Sie ist Physikerin an der Universität Bergen in Norwegen. Bei höheren Säulen werden mehr Wassermoleküle verlangsamt, wenn sie versuchen, die Strukturen zu passieren. Das Wasser fließt leichter um die kürzeren Strukturen herum. Unter Wasser verhindert dieser Flüssigkeitsstrom, dass Schmutz anhaftet. Das sorgt für die Selbstreinigung, d.h. die Oberfläche benötigt keine schmutzabweisende Beschichtung.

Ihre kräftige Form macht die Pfannkuchen auch langlebiger. Stellen Sie sich zwei Kreidestücke vor: eines lang und dünn, das andere kurz und flach, sagt Holst. “Es würde viel mehr Mühe erfordern, ein kurzes Stück Kreide zu brechen”, betont sie. “Genauso wie es viel mehr Aufwand erfordert, mikroskopische Pfannkuchen im Vergleich zu Säulen zu brechen.”

In den Tests ihres Teams sind diese Pfannkuchen fest an ihrem Platz und in ihrer Form geblieben. Holsts Gruppe beschrieb ihre Ergebnisse am 12. Dezember 2018 in Nano Letters.

Ein klares Problem
Das Pfannkuchenprojekt entstand aus einem realen Problem. “Das Unternehmen, mit dem wir zusammenarbeiten, verwendet lichterkennende Sensoren, um die Wasserqualität zu testen”, erklärt Naureen Akhtar. Sie ist Physikerin und arbeitet mit Holst an der Universität Bergen zusammen. “Das Problem ist, dass der Sensor hinter einem Fenster sitzt, das viel zu schnell schmutzig wird. Manchmal ist es schon nach einer Woche verschmutzt.”

Die Reinigung des Fensters ist oft mit hohem Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden. Deshalb wollte das Unternehmen ein langlebiges, selbstreinigendes Fenster. Dann kam die Innovation des Teams von Akhtar und Holst: das Pancaking der Oberfläche.

Nachdem sie ihr neues Glas entwickelt hatten, waren sie bereit, es im Meer zu testen. Dazu ersetzten sie das alte, leicht verschmutzte Glas vor den Sensoren durch das mit Pfannkuchen besetzte Glas.

Die Forscher – und das Unternehmen – waren mit den Ergebnissen zufrieden. In einigen Fällen haben sie die Zeit zwischen den Fensterreinigungen von wöchentlich auf jährlich verlängert, sagt Akhtar.

Ihr Glas hat sich auch im Labor gut bewährt. In einem Test wurde eine saubere Glasscheibe 46 Stunden lang in eine ölige Mischung getaucht. Es endete absolut bedeckt mit Gunk. Die Forscher wiederholten den Test an einem Glasfenster, dessen Oberfläche mit Mikropfannkuchen beschichtet war. Dieser blieb völlig sauber.

Fledermäuse auf dem Dachboden fordern Jungen auf, einen besseren Fledermausdetektor zu entwickeln.

PHOENIX, Ariz. – Als Dylan Bagnall, 17, und seine Familie zum ersten Mal skitternde Geräusche auf dem Dachboden hörten, nahmen sie an, dass ihr Haus Ratten hatte. Aber als der Kammerjäger auftauchte, war für alle eine Überraschung bereit. Dylans Familie hatte etwa 700 Fledermäuse. Was ist zu tun? Entwickeln Sie ein wissenschaftsgerechtes Projekt, um ihre fliegenden Mitbewohner zu identifizieren – und um anderen zu helfen, sie auch zu identifizieren.

Dylan ist Junior an der The King’s Hospital School in Dublin, Irland. Für Hilfe wandte er sich an seinen Kommilitonen und Freund Richard Beattie, 17. “Richard, hilf mir”, sagte er. “Ich habe 700 Fledermäuse.”

Wenn er vorher nicht interessiert war, sagt Richard, als er “700 Fledermäuse” hört, interessiert es dich. Die Fledermäuse, die in Irland geschützt sind, mussten bleiben. Sie dürfen nicht ohne Lizenz vertrieben, gestört oder gar behandelt werden. Sie essen natürlich Insekten. Fledermäuse bestäuben auch einige Pflanzen. Irland hat neun Fledermausarten, aber Dylan hatte keine Ahnung, welche Art auf seinem Dachboden lebt. Die Teenager beschlossen, es herauszufinden.

Richard erinnert sich: “Wir haben einen Fledermausdetektor und machten mit lokalen Fledermausgruppen Spaziergänge.” Fledermausdetektoren haben ein Mikrofon, das Fledermausgeräusche aufnimmt. Diese Geräusche sind Ultraschall – zu hoch, als dass ein Mensch sie hören könnte. So “übersetzt” das Gerät die Sounds und spielt sie mit einer Frequenz ab, die man hören kann.

Aber die Teenager waren mit ihrem Detektor nicht zufrieden. Sie konnten die Anrufe, die sie hörten, nicht speichern. Sie konnten auch kein Diagramm des Anrufs erhalten – ein bildlicher Stimmabdruck des Anrufs, wie er erkannt wurde. Einen zu haben, könnte helfen, die Fledermäuse zu identifizieren. Richard und Dylan waren auch schockiert, wie teuer Bat-Call-Detektoren sein könnten. Sie beschlossen, dass sie eine bessere Sprachfalle für diese Fledermäuse bauen mussten.

Fledermausjungen
Sie begannen mit einem Raspberry Pi-Computer und dem Mikrofon von einem Smartphone aus. Ihr neues Gerät nimmt natürlich Fledermausrufe auf und spielt sie ab. Aber das ist noch nicht alles. “Wir können den Ton aufnehmen, nicht nur hören”, sagt Richard. Das System wird “Graphen anzeigen und in einer Form wiedergeben, die man hören kann”, sagt Richard. Und der neue Detektor kostete die Jungs nur $137, um ihn herzustellen – viel weniger als die Kosten für Standard-Bat-Detektoren.

Da die Teenager den Detektor entwickelten, als die Fledermäuse im Winter im Winterschlaf waren, entwickelten sie auch ein Computerprogramm, das als ihr Testschläger fungierte. “Es erzeugt Ultraschalltöne”, sagt Richard. Und ihr neuer Detektor hat sie alle aufgegriffen.

t half auch den Jugendlichen, die Fledermäuse auf Dylans Dachboden zu identifizieren.

Einige Fledermäuse haben sehr ähnliche Aufrufe. Die Stimme allein würde nicht ausreichen, um zwischen ihnen zu unterscheiden. Also holten die Teenager etwas Fledermauskacke, bekannt als Guano. (Mit 700 Fledermäusen, das war einfach.) Sie benutzten es, um einen einfachen DNA-Test zu entwickeln, der bestimmen konnte, welche der neun Arten von irischen Fledermäusen auf dem Dachboden lebten.

Ihre Untersuchung bestätigte, was ein Ökologe ihnen sagte: Die Fledermäuse auf Dylans Dachboden gehörten nicht alle zu einer Art. Tatsächlich waren es drei: Lislers Fledermäuse, gewöhnliche Pipistrellen und Sopranpipistrellen. “Sie können alle zusammenleben, weil sie nicht um Essen konkurrieren”, erklärt Dylan.

Notiert Richard: “Es gibt viele Leute mit Fledermausruhen. Sie haben vielleicht Fledermäuse und wissen nicht, wie man sie identifiziert”, sagt er. “Wir fanden heraus, dass es keinen Platz für bürgerliche Wissenschaftler gibt, um diese Informationen zu teilen.” Also bauten die Teenager eine Website namens Bat Identification auf. Hier kann jeder einen Bat Call hochladen. Andere Fledermausliebhaber können ihnen zuhören und mithelfen, festzustellen, welche Arten sie hergestellt haben. Auf diese Weise erklärt Richard: “Wir können eine genaue Karte der Fledermauspopulationen in Irland erstellen, um festzustellen, wo sich die Arten befinden, während sie sich bewegen”. Das sollte “Naturschützern helfen, ihre Bemühungen gezielt einzusetzen”, damit sie mehr Fledermäuse schützen können.

Die Jugendlichen brachten ihren Fledermausdetektor zur Intel International Science and Engineering Fair mit. Die von der Society for Science & the Public ins Leben gerufene und betriebene Messe wurde in diesem Jahr von Intel gesponsert. An der Veranstaltung nahmen mehr als 1.800 Schüler aus 80 Ländern teil. (Die Gesellschaft veröffentlicht auch Science News für Studenten.) Dylan und Richard brachten am Ende eine 5.000 Dollar Auszeichnung für das beste Projekt in den Tierwissenschaften nach Hause.

Und sie sind noch nicht fertig. Weil Fledermäuse für unser Ökosystem so wichtig sind, sagt Dylan: “Wir wollen, dass so viele Menschen wie möglich Fledermäuse auf der ganzen Welt identifizieren.” Die Teenager benutzten die Genetik, um ihre Fledermäuse nach Arten zu identifizieren. Jetzt wollen sie sicherstellen, dass auch andere es können.

Im Augenblick versuchen die Teenager, mit einer Universität zu arbeiten, um zu sehen, ob es helfen kann, die DNA-Tests durchzuführen, um Fledermausarten zu identifizieren. Auf diese Weise könnte jemand Fledermausanrufe hochladen und in irgendeinem Guano mailen, um zu bestätigen, welche Art sie beherbergen könnten.

Dylans Familie denkt daran, umzuziehen. Wie verkauft man ein Haus mit einem Dachboden voller Fledermäuse? Richard sagt: “Wir sagen[potenziellen Käufern] einfach, wie wichtig Fledermäuse sind.”

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Fledermaus Eine Art von geflügelten Säugetieren, die mehr als 1.100 verschiedene Arten umfasst – oder eine von vier bekannten Arten von Säugetieren.

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