Das Konstruktionslabor der Natur

Jeder Bauingenieur reagiert mit Erstaunen, wenn er hört, dass die Reißlänge und Belastbarkeit mancher Spinnfäden die seiner besten Verspannstähle übertreffen. Auch die Mehrkomponenten-Verbundwerkstoffe der Technik sind zum Teil noch keineswegs optimiert. An Seeigelzähnen beispielsweise kann man zeigen, wie aus ein und derselben chemischen Ausgangssubstanz, nur unter verschiedener physikalischer Modifikation, Verbundwerkstoffe mit vorzüglichen Eigenschaften konstruiert werden können. Sandwichanordnungen, wie sie im modernen Flugzeugbau eingesetzt werden, kennt die Natur schon seit Jahrmillionen. Ebenso haben glasfaserverstärkte Kunststoffe – hart und trotzdem hochelastisch – ein Vorbild in der Natur: Jede pflanzliche Zellwand besitzt eine solche Faserstruktur, wie elektronenmikroskopische Aufnahmen enthüllen.

Hohlträger, die beim Gerüstbau verwendet werden, haben fast die gleiche Biegefestigkeit wie Vollmaterial, sind aber wesentlich leichter und sparen viel Substanz. Der Strohhalm ist ein solch natürlicher Hohlträger. Wie er an seiner Spitze die windbewegte schwere Ähre trägt, das ist eine biologische Meisterkonstruktion der Statik. Fernsehtürme sind häufig nach dem Getreidehalmprinzip konstruiert. Und wenn Techniker dünne Rohre mit Spiralfedern auskleiden, damit sie nicht zusammenfallen, so hat auch hier die Natur das Prinzip vorweggenommen bei den Tracheenröhren der Insekten ebenso wie in den Leitungsgefäßen der Pflanzen. Selbst für die einfachsten Dinge des Lebens findet man analoge Konstruktionen in der belebten Welt: So funktioniert eine Zange wie eine Krebsschere und ein Taschenregenschirm faltet sich zusammen wie der Kurzflügler seine Flügel.

Die Natur scheint ein geradezu unerschöpfliches Reservoir an genialen, und oft genial einfachen Lösungen parat zu haben. Und ihre Konstruktionen sind vor allem eines: effektiv bei maximaler Energie- und Materialausnutzung. Schließlich sind sie das Ergebnis eines seit Jahrmillionen ablaufenden „Optimierungsprozesses“ – der Evolution. Was liegt näher, als sich diese zum Vorbild zu nehmen? Der Erfahrungsschatz der Natur ist noch keineswegs ausgeschöpft – ganz im Gegenteil. Wir beginnen eben erst zu lernen, dass hier eine Super-Datenbank vorliegt, deren Informationen wir abrufen sollten.

Die Bionik, eine Wissenschaft an der Grenze zwischen Technik und Biologie, tut genau dies. Als Grenzgänger zwischen den Disziplinen forschen die Wissenschaftler dabei nach den Gesetzmäßigkeiten, die hinter den Konstruktionen der Natur stehen und versuchen, diese in die Technik und Materialforschung zu übertragen. Eine bloße 1:1 Kopie reicht nicht, denn die Natur ist nicht nur unglaublich komplex, in ihr herrschen auch völlig andere Bedingungen. Wer fliegen will wie ein Vogel, muss zunächst analysieren, warum der Vogel überhaupt fliegen kann, welche Gesetzmäßigkeiten also dahinter stecken. Erst dann kann die daraus gewonnene Erkenntnis in eine technische Struktur umgesetzt werden.

Max-Planck-Gesellschaft (2007)

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