Neuer Name, alte Idee
In Jahrmillionen der Evolution optimierte Strukturen aus der Natur dienen dem Menschen als Ideengeber für technische Entwicklungen. Und das nicht erst seit heute. Das uralte Prinzip hat indes einen neuen Namen - Bionik.)
Bereits Leonardo da Vinci war Bioniker: 1488 zeichnete er diesen Entwurf eines Fluggeräts, nachdem er die Bewegungen fliegender Vögel analysiert hatte.
Ein Paradebeispiel
Die nachgeahmte Struktur der Haihaut gilt als Paradebeispiel für einen Anwendungsfall der Bionik. Das "Lernen der Technik von der Natur" - wie es der US-Luftwaffenmajor Jack E. Steele auf dem ersten Bionik-Kongress im Jahr 1960 formulierte - ist der Versuch, natürliche Konstruktions- und Entwicklungsprinzipien in technische Entwürfe umzusetzen. Allerdings bringt das pure Beobachten der Natur nicht immer den gewünschten Erfolg: Zahllose, sich über Jahrhunderte hinziehende und gescheiterte Versuche, den Vogelflug nachzuahmen, belegen eindrucksvoll, dass reines Kopieren der Natur kaum sinnvoll ist. Daher geht es bei der Bionik um kreatives Umsetzen natürlicher Lösungen.
"Technologie des 21. Jahrhunderts"
Die interdisziplinäre Wissenschaft - hier treffen unter anderem Ingenieure, Architekten, Biologen und Materialforscher aufeinander - hat in den zurückliegenden Jahren eine auf dem Gebiet der angewandten Forschung sonst seltene Popularität erlangt. Mit der Bionik verbindet sich für viele die Hoffnung auf naturnähere, naturgemäßere Technik. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert auch deshalb die Bionik als "Technologie des 21. Jahrhunderts". Genügen purzelnde Rekorde bei Schwimmmeisterschaften aber wirklich, um einen solchen Status zu erlangen? Und außerdem: Was ist neu am Prinzip der Bionik, Lösungen der Natur für technische Konstruktionen zu nutzen? Menschlicher Erfindergeist lernt doch seit jeher von der Natur: Erste Werkzeuge hatten ihre Vorbilder in natürlichen Gebilden; vieles in der Natur wurde zum Ausgangspunkt menschlicher Technik. So entstand ein immer reicherer Fundus technischer Erfahrungen.
"Emanzipierte" Technik
Auf dieses einleuchtende Prinzip stützt sich die Bionik: Die Natur liefert Anregungen und Strategien, um konkrete konstruktive Probleme zu lösen. Jenes enorme Potenzial erfolgreicher natürlicher Konstruktionen, in Jahrmillionen der Evolution geschaffen, kann - und muss - der Mensch sich zunutze machen.
René Descartes (1596-1650): Philosoph, Mathematiker und Naturwissenschaftler.
Herr über die Natur?
Die "emanzipierte" Technik zielte nun auf Naturbeherrschung: die Natur erkennen, um sie manipulieren und sich zu ihrem, wie der Philosoph René Descartes (1596 - 1650) es formulierte, "Herren und Meister" machen zu können. Dazu müsste man den menschlichen Leib und überhaupt jeden Organismus freilich "für eine Maschine ansehen". Auf Basis solch mechanistischer Naturphilosophie ließ sich Natur in kleinste Teile zerlegen und ordnen. Das so genannte cartesianische Weltbild, mit seinen rationalistischen Denkmethoden, vertrug sich denn auch vorzüglich mit modernen industriellen Produktionsformen...
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Infobox
Vom Hai lernen
Ende der siebziger Jahre des vorigen Jahrhunderts machte der Tübinger Paläontologe Wolf-Ernst Reif eine bemerkenswerte Entdeckung: Schnell schwimmende Haiarten haben auf den Hautschuppen mikroskopisch feine, in Strömungsrichtung verlaufende Längsrillen.
Entgegen der Theorie, dass Unebenheiten den Reibungswiderstand einer Oberfläche erhöhen, ergaben Laborversuche Widerstandsminderungen von bis zu zehn Prozent. So zeigte sich, dass die feinen Rillen die Entstehung störender - also bremsender - Querströmungen verhindern.
Neben Leistungsschwimmern profitieren in erster Linie Fluggesellschaften vom Patent aus der Natur: Als so genannte Ribletfolie auf den Flugzeugrumpf geklebt, verringert sich dessen Reibungs- widerstand um bis zu acht Prozent - was eine Kerosineinsparung von mindestens sechzig bis zweihundert Tonnen pro Flugzeug und Jahr bedeuten kann. Und das ist nicht nur ökonomisch, sondern auch ökologisch von Bedeutung.
Ende der siebziger Jahre des vorigen Jahrhunderts machte der Tübinger Paläontologe Wolf-Ernst Reif eine bemerkenswerte Entdeckung: Schnell schwimmende Haiarten haben auf den Hautschuppen mikroskopisch feine, in Strömungsrichtung verlaufende Längsrillen.
Entgegen der Theorie, dass Unebenheiten den Reibungswiderstand einer Oberfläche erhöhen, ergaben Laborversuche Widerstandsminderungen von bis zu zehn Prozent. So zeigte sich, dass die feinen Rillen die Entstehung störender - also bremsender - Querströmungen verhindern.
Neben Leistungsschwimmern profitieren in erster Linie Fluggesellschaften vom Patent aus der Natur: Als so genannte Ribletfolie auf den Flugzeugrumpf geklebt, verringert sich dessen Reibungs- widerstand um bis zu acht Prozent - was eine Kerosineinsparung von mindestens sechzig bis zweihundert Tonnen pro Flugzeug und Jahr bedeuten kann. Und das ist nicht nur ökonomisch, sondern auch ökologisch von Bedeutung.
Infobox
Knochenbau
Natürliche Konstruktionen entstehen nach dem Minimum-Maximum-Prinzip. Es besagt, dass mit einem Minimum an Material und Energie ein Maximum an Leistung und Stabilität erreicht wird. Bestes Beispiel dafür ist die Knochenstruktur, in der mehrere Leichtbauprinzipien verwirklicht sind.
Die äußere Gestalt des Knochens entspricht der einer Säule im Doppel-T-Profil, der Querschnitt einem Röhrenprofil. Durch kleine Bälkchen in den oberen und unteren Verdickungen werden Druckkräfte gleichmäßig auf die Randschichten verteilt.
Die Wand des Knochens folgt dem Prinzip der Verbundstabilisierung: Zwei dünne aber sehr feste Deckschichten und eine poröse, schwammartige Zwischenschicht zeigen optimale Ausnutzung des Materials und erhöhen gleichzeitig die Stabilität des Knochens.
Natürliche Konstruktionen entstehen nach dem Minimum-Maximum-Prinzip. Es besagt, dass mit einem Minimum an Material und Energie ein Maximum an Leistung und Stabilität erreicht wird. Bestes Beispiel dafür ist die Knochenstruktur, in der mehrere Leichtbauprinzipien verwirklicht sind.
Die äußere Gestalt des Knochens entspricht der einer Säule im Doppel-T-Profil, der Querschnitt einem Röhrenprofil. Durch kleine Bälkchen in den oberen und unteren Verdickungen werden Druckkräfte gleichmäßig auf die Randschichten verteilt.
Die Wand des Knochens folgt dem Prinzip der Verbundstabilisierung: Zwei dünne aber sehr feste Deckschichten und eine poröse, schwammartige Zwischenschicht zeigen optimale Ausnutzung des Materials und erhöhen gleichzeitig die Stabilität des Knochens.
