Außenskelett

Ein Exoskelett ist eine Stützstruktur für einen Organismus, das eine stabile äußere Hülle um diesen bildet.

Natürliche Exoskelette

Kopf einer Ameise

Im Gegensatz zu den Wirbeltieren besitzen viele Gliederfüßer (Arthropoda), vor allem in der Klasse der Insekten, Kieferklauenträger und Krebstiere statt eines stabilen Innenskeletts ein stabilisierendes Außenskelett.

Auch andere Tierstämme, wie die Mollusca und die Bryozoa haben Exoskelette.

Diese sind bei den Gliederfüßern meist zum Großteil aus dem Kohlenhydrat Chitin, Strukturproteinen wie dem Protein Arthropodin und Kalziumkarbonat (auch Magnesiumcarbonat, Kalziumphosphat, Magnesiumphosphat) aufgebaut (z.B. Krebstiere). Chitin und Arthropodin liefern Festigkeit, Biegsamkeit und Wasserundurchlässigkeit der Cuticula.

Das Arthropodin wird durch Phenolverbindungen gegerbt; daraus entsteht Sklerotin. Durch die Phenolverbindungen wird das Sklerotin starr und kann nicht mehr abgebaut werden. Die Sklerotisierung führt zu einer braunen Farbe des Arthropodins. Diese braune Farbe deutet auf eine Sklerotisierung hin, auch wenn durch Melanineinlagerung ebenfalls eine solche Farbe entstehen kann; meist sind aber dunkle Käfer (schwarz) sehr hart.

Exoskelette können auf verschiedene Weise im Verlauf der Evolution entstanden sein. Für die nach Anzahl der Arten erfolgreichste Tiergruppe mit einem Exoskelett, die Gliederfüßer, wird zum Beispiel eine flexible Körperhülle als Vorstufe angenommen, die Cuticula. In die flexible Hülle wurden dann allmählich versteifende Bestandteile eingelagert (häufig auf eine Weise, die dem technischen Prinzip von Verbundwerkstoffen entspricht).

Da in diesem besonderen Fall eine vollständige Körperumhüllung ausgehärtet wurde, die auch passiv nicht mehr mitwachsen kann, muss das Exoskelett während des Wachstums komplett abgeworfen und wieder erneuert werden (Häutung). Neuerdings gibt es Hinweise darauf, dass nicht nur die Gliederfüßer, sondern auch andere sich häutende Wirbellose, deren Cuticula jedoch relativ unverhärtet geblieben ist, eine evolutionäre Abstammungsgemeinschaft bilden (Häutungstiere).

Künstliche Exoskelette

Äußere Stützstrukturen kommen manchmal in der Medizin zum Einsatz bis das natürliche Skelett wieder verheilt ist.

Als Exoskelett werden auch diverse Arten von Rüstungen bezeichnet, die die Bewegungen des Trägers unterstützen bzw. verstärken, indem am Exoskelett Gelenke durch Servomotoren angetrieben werden. Diese Arten von Exoskeletten werden momentan in den USA und Japan entwickelt. Es liegen jedoch noch keine Berichte über ausgereifte militärische Modelle vor. Über zivile Modelle liegen noch keine Berichte über den Einsatz vor, sondern nur verschiedene Konzeptstudien in unterschiedlicher Reife.

Der wahrscheinlich erste Versuch, ein Exoskelett zu bauen, war der Hardiman, einem erfolglosen experimentellen Prototyp von General Electric aus dem Jahr 1965.

Modernes Exoskelett für den Future Force Warrior (Modell)

Modernes Ziviles Exoskelett Hybrid Assistive Limb (Prototyp)

Fiktive Exoskelette

Im Superheldencomic, sowie in Manga/Anime sind Exoskelette seit Jahrzehnten ein Mittel, um Charaktere ohne besondere Kräfte gegen übermenschliche Gegner bestehen zu lassen. Bekannte Beispiele sind hierbei z.B. Iron Man und Bubblegum Crisis. Zum ersten Mal wurden sie jedoch in größerem Maßstab im Roman Starship Troopers bekannt gemacht. Einem noch größeren Publikum wurde dann ein Exoskelett im Film Aliens – Die Rückkehr gezeigt, dessen ursprüngliche Aufgabe jedoch nicht der Kampf, sondern der Gütertransport war. Im dritten Teil der Matrix-Trilogie kommen ebenfalls wiederum mit schweren Waffen ausgerüstete Exoskelette zum Einsatz.

Literatur

• Peter W. Singer: How to Be All That You Can Be: A Look at the Pentagon’s Five Step Plan For Making Iron Man Real, The Brookings Institution

Weblinks

• Berkeley Lower Extremity Exoskeleton Project (englisch)
• HAL 5 (englisch)
• HAL 5 als Hilfe beim Bergsteigen für einen Querschnittsgelähmten (englisch)
• Testen eines Exoskeletts der U.S. Army (Video)
• Bilderstrecke eines Prototypen

Siehe auch

• Skelett
• Endoskelett
• Hydroskelett