Bionik

Die Evolution hat im Laufe der Zeit geniale Lösungen für die Anpassungen an extreme Lebensräume entwickelt. Ob im Wasser, an Land oder in der Luft - wer überleben will, braucht besondere Fähigkeiten zudem auch besondere Eigenschaften. Viele Tiere können sich - je nach Lebensraum - extrem energiesparend fortbewegen, sich unter schwierigen Bedingungen orientieren und verständigen. Andere wiederum verfügen über ultraleichte, aber sehr stabile Körperpanzer. Bioniker versuchen, die Geheimnisse von Naturprinzipien zu entschlüsseln und sie als Vorbild für die Entwicklung neuer technischer Lösungen zu nutzen.

1960 führte der amerikanische Luftwaffenmajor Jack E. Steele die englische Entsprechung "bionics" auf einem von der Luftwaffe gesponserten Symposium ein. Die Idee dahinter ist allerdings wesentlich älter. Bei der Eroberung des Luftraums stand die Natur von Anfang an Pate. Schon im 16. Jahrhundert erdachte Leonardo da Vincis Flugmaschinen nach dem Vorbild des Vogelflugs, darum gilt dieser auch als Urvater der Bioniker.

Später, Anfang des 19. Jahrhunderts, orientierte sich George Cayley bei der Konstruktion der ersten funktionierenden Fallschirme an den Flugsamen heimischer Pflanzen. Otto Lilienthal erkannte Anfang des 20. Jahrhunderts als Erster die Bedeutung der Flügelwölbung für den Auftrieb - und legte damit die Grundlage für die ersten erfolgreichen Gleitflüge. Selbst heute ist die Eleganz und Effizienz des Vogelflugs immer noch wegweisend und unerreicht. Die aufgespreizten Schwungfedern am Flügelende sind Vorbild für entsprechende Winglets, die an immer mehr Flugzeugtragflächen zu sehen sind. Diese reduzieren die Wirbelbildung am Flügelende - und damit auch den Luftwiderstand und den Treibstoffverbrauch.

Keine Kopiervorlage

Selbst wenn die Natur mit einer scheinbar perfekten Lösung aufwartet - aber es einfach zu kopieren oder besser gesagt Umzusetzen, da liegt die Schwierigkeit. Vom biologischen Phänomen bis zu einer technischen Umsetzung ist es meist ein langer Weg. Entscheidend dafür ist das Verständnis für das zugrunde liegende Prinzip: Beispiel Lotuseffekt.

Der Effekt, die selbstreinigende Eigenschaft der Lotuspflanze, ist schon lange bekannt. Aber erst die systematische Untersuchung zeigte, wie er zustande kommt: Die Blätter der Lotuspflanze sind mit mikroskopisch kleinen Wachsspitzen überzogen, an denen Wasser einfach abperlt und den Schmutz dabei mitnimmt. Bei der Übertragung des Effekts auf Wandfarben, Dachziegel oder Plastikboxen wurde später die Art der Oberflächenstruktur nachgeahmt.

Haie - schnelle Jäger der Meere

Haie zählen zu den besten und elegantesten Schwimmern unter den Meerestieren. Die besondere Oberflächenstruktur ihrer Haut macht es möglich. Die Haihaut besteht aus spitzen beweglichen Hautschuppen. Sie besitzen zusätzlich feine Rillen, die der Haioberfläche besonders strömungsgünstige Eigenschaften verleihen. Dank der Senkung des Reibungswiderstandes können Haie sich nicht nur sehr schnell, sondern auch sehr energiesparend fortbewegen.

Ein weiterer positiver Effekt der spitzen, beweglichen Hautschuppen: Es können sich keine Fremdorganismen wie Seepockenlarven oder Muscheln anheften. Auch das senkt Reibungsverluste im Wasser. Ein neu entwickelter Bootsanstrich, der die Haihautoberfläche nachbildet, ist bereits auf dem Markt. Er steht als Alternative zu den herkömmlichen, chemisch wirkenden "Antifouling-Anstrichen" gegen Besatz an Bootsrümpfen zur Verfügung.

Sandfische - "schwimmend" durch den Wüstensand

Auch einige Landtiere haben ihren Reibungswiderstand perfekt minimiert. Der Sandskink, ein in der Sahara vorkommendes Reptil, taucht problemlos in den Wüstensand und kommt dort - ähnlich wie ein Fisch - mit schlängelnden Bewegungen erstaunlich schnell voran. Der Sandfisch verdankt diese besondere Fähigkeit ebenfalls seiner einzigartigen Hautoberfläche. Sie ist extrem glatt - glatter als bisher bekannte technische Oberflächen wie Teflon, Glas oder Stahl.

Auch was die Widerstandsfähigkeit angeht, braucht die Sandskink-Haut keinen Vergleich zu scheuen. Die Dauerbelastung im spitzen, scharfen Wüstensand führt zu keinerlei Abrieb - ein dachziegelartiger Aufbau lässt die Körner einfach abperlen. Dieses Prinzip könnte Vorbild für hochwertige kratzfeste Lacke und Farben werden.

Spinnen - konstruieren nach dem Leichtbauprinzip

In der Natur herrscht der architektonische Anspruch vor, möglichst im Leichtbauverfahren mit einem Höchstmaß an Stabilität neue Strukturen zu erschaffen. Diese Vorgaben spiegeln sich bei den Spinnen unter anderem in der hohen Reißfestigkeit und Elastizität der verschiedenen Netzvarianten wider. Ob Rad- oder Trichternetz, immer achtet die Spinne darauf, möglichst wenige Spinnenfäden zu verarbeiten, ohne dabei die Festigkeit des Netzes aufs Spiel zu setzen. Das ist möglich, weil die Fäden aus Spinnenseide bestehen, die fünfmal so reißfest ist wie Stahl und ein äußerst geringes Gewicht aufweist.

Insgesamt spart diese Vorgehensweise wertvolle Energie und Baumaterial, ist zudem sehr effektiv und vergleichsweise langlebig. Bioniker versuchen, Spinnenseide künstlich, aber naturgetreu nachzubilden, um sie als biokompatibles Material in der Medizintechnik oder für extrem reißfeste und wetterbeständige Kleidung einzusetzen.