Untersuchung eines bionischen Infrarot-Detektors nach dem Vorbild der infrarotempfindlichen Sensillen des Schwarzen Kiefernprachtkäfers Melanophila acuminata

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Die Larven des Schwarzen Kiefernprachtkäfers Melanophila acuminata benötigen für ihre Entwicklung das Holz von verbrannten Bäumen. Zur Ortung der Waldbrände besitzt der Käfer zwei je rechts und links an der Körperseite angeordnete Grubenorgane. In den Grubenorganen befinden sich dicht gepackt etwa 70 Infrarot (IR)-Sensillen, die sehr empfindlich IR-Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2 – 4 µm detektieren können. Vereinfacht dargestellt besteht ein Sensillum aus einer massiven Hohlkugel aus harter Insektenkutikula, die ein flüssigkeitsgefülltes Kompartiment einschließt. Wenn einfallende IR-Strahlung von der nur 15 µm großen Kugel absorbiert wird, steigen im Kugelinneren die Temperatur und der Druck. Dieser Druckanstieg wird mit einer hohen Empfindlichkeit von einer mechanosensitiven Zelle gemessen, die mit ihrer druckempfindlichen Spitze im fluidischen Zentrum der Kugel verankert ist. Ein System feiner Nanokanäle, die sich von innen nach außen durch die Wand der Kugel erstrecken, dient bei Änderungen der Umgebungstemperatur sehr wahrscheinlich einem langsamen Druckausgleich. Als einfaches Modell für diesen biologischen IR-Sensor kann ein Golay-Sensor angenommen werden. Zur Übertragung des Funktionsprinzips des Käfers wurde als Modifikation des pneumatischen Golay-Sensors ein hydraulischer Golay-Sensor in Mikrostrukturtechnik entworfen, bei dem die Durchbiegung des Zellenbodens als Messgröße für die aufgenommene IR-Strahlung dient. Es wird der Einfluss verschiedener Fluide auf die Größe der Durchbiegung des Zellenbodens und die Auslegung der Kanäle zur Temperaturkompensation untersucht.