Evaluierung des technischen Potenzials von thermischen Infrarot-(IR)-rezeptoren pyrophiler australischer Käfer

• Antragsteller: Professor Dr. Helmut Schmitz
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 163964600

Die Infrarotrezeptoren der pyrophilen australischen Käfergattungen Merimna und Acanthocnemus arbeiten als thermische Detektoren nach dem Bolometerprinzip, da die IR-absorbierenden Kutikulaapparate von thermosensitiven Sinneszellen innerviert sind. Jedoch wurden in beiden Rezeptoren zusätzliche sensorische und kutikuläre Komponenten identifiziert, deren Rolle bei der IR-Detektion bisher unbekannt ist. Die Arbeitshypothese lautet daher, daß diese Komponenten den Funktionsumfang der Rezeptoren erweitern (z. B. Verringerung der Ansprechzeiten sowie Vergröße-rung des Dynamikbereiches und der Sensitivität). Mit Hilfe moderner materialwissenschaftlicher Untersuchungsmethoden sollen die thermomechanischen Eigenschaften der reiztransduzierenden Kuktikulaapparate untersucht werden. Darauf aufbauend sollen problemspezifische mathematische Multiskalenmodelle entwickelt werden, die die komplexe Struktur der kutikulären Komponenten erfassen. In Kombination mit makroskopisch modellierten Größen wie etwa Temperatur und Deformation entstehen so „Multiphysics/Multiscalemodelle“, die als Grundlagen für numerische Simulationen der IR-Sensoren dienen werden. Diese Simulationen sollen zusammen mit den Materialdaten das Verständnis der Struktur-Funktionsbeziehungen der biologischen Rezeptoren ermöglichen, um schließlich Konzepte zur Schaffung neuartiger Bolometersensoren mit einem erweitertem Leistungsspektrum erstellen zu können. Angestrebt ist dabei, den Einzelsensor (Pixel) möglichst stark zu miniaturisieren, um auch bildgebende Sensorarrays herstellen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Beteiligte Person: Professor Dr. Rolf Krause