Wissensbibliothek
Bionik: Die Natur als Vorbild
Wer ist besser: Vogel oder Flugzeug?
Auch wenn heutige Flugzeuge größer und schneller als Vögel sind, sind diese den Maschinen doch in vielerlei Hinsicht weit überlegen: Vögel sind wendiger, können fast überall starten und landen und haben außerdem einen gemessen an ihrer Größe viel geringeren Energieverbrauch.
Schon die alten Griechen, aber auch Leonardo da Vinci und die Flugpioniere der vorletzten Jahrhundertwende versuchten, die Kunst des Fliegens den Vögeln abzuschauen. Doch ein direkter Nachbau schlagender Vogelflügel ist bisher noch niemandem gelungen. Dennoch taugt die Flugtechnik von Vögeln als Vorbild für neuartige Konstruktionen, etwa an den Tragflächen.
Die Tragflächen eines herkömmlichen Flugzeugs gleichen einem rundlich geformten, weitgehend starren Brett. Vogelflügel dagegen – besonders bei Arten, die wie Störche oder Adler lange gleichmäßig durch die Luft gleiten – spreizen die Federn an den Flügelspitzen ab. Damit verändern sie die Luftströmung an ihren Flügeln, denn durch die Aufspreizung wird die Wirbelbildung vermindert, was wiederum den Auftrieb verstärkt. Die Vögel benötigen daher weniger Kraft zum Fliegen. Durch Anlegen der Federn an der Flügelspitze dagegen erzeugt der Vogel gezielt zusätzliche Wirbel, die den Flug abbremsen, auch dies wieder mit minimalem Energieverbrauch. Flugzeuge mit vergleichbaren Tragflächen wurden bereits entwickelt und haben in Tests vielversprechend abgeschnitten.
Wer erfand den Klettverschluss?
Die Klette! Lange bevor Textilingenieure diesen Trost schnürsenkelgeplagter Schulanfänger auf den Markt brachten, hatte das natürliche Vorbild, die Große Klette, ihre Samen mit diesem genialen Haftmechanismus ausgestattet. Menschliche Ingenieure entwickelten den ersten Klettverschluss in den 1950er Jahren. Wie das natürliche Vorbild besteht er aus flexiblen Haken und Schlingen, die sich bei Berührung fest ineinander verhaken. Heute findet man ihn nicht nur an Schuhen, sondern beispielsweise auch bei Funktionskleidung für Ausdauersportler, Rucksäcken oder zur Befestigung von Fliegen- und Pollenschutznetzen an Zimmerfenstern.
Welche Pflanze wird nie schmutzig?
Die Indische Lotosblume (Gattung Nelumbo). Ihren Status als heilige Pflanze verdankt sie u. a. der Tatsache, dass an ihren Blättern Wasser und Verschmutzungen wie durch Zauberei abperlen. Mittlerweile ist es der Bionik nicht nur gelungen, den zugrunde liegenden Mechanismus zu entschlüsseln, sondern auch, auf dieser Basis selbstreinigende Fensterscheiben und Autolacke zu kreieren.
Das Geheimnis liegt in der Oberfläche der Lotosblätter. Diese sind nicht etwa besonders glatt, wie man vielleicht erwarten könnte, sondern tragen auf ihrer Oberfläche winzige Erhebungen, die in Form und Größe unterschiedlich sind und eine Sperre für die meisten Schmutzpartikel bilden. Sie können sich nicht festsetzen, sondern werden spätestens mit dem nächsten Regen abgespült – denn auch das Wasser kann am Blatt nicht haften. Denselben Effekt zeigen übrigens auch einige andere Pflanzen, zum Beispiel die heimische Kapuzinerkresse, deren Blüten nicht nur viele Gärten zieren, sondern auch als essbare Salatdekoration verwendet werden.
Diese Struktur nachzuahmen, ist mithilfe der Nanotechnologie gelungen, also der Herstellung und Bearbeitung von Strukturen, die kaum größer als ein Nanometer, d. h. ein Milliardstel Meter, sind. Auf diese Weise gelang es, Alltagsgegenstände mit einer feinen Noppenstruktur zu überziehen, deren Größe und Gestalt der Oberflächengestalt von Lotosblättern entspricht. So gibt es heute Dachziegel, Fassadenfarbe oder Autolacke, die diesen »Lotos-Effekt« zeigen und damit – im Prinzip – selbstreinigend sind. Textilien und Glasscheiben, die sozusagen mit dem nächsten Regenguss gewaschen werden, sind in der Entwicklung. Diese Produkte werden übrigens meist unter Markennamen wie »Nanotec« angeboten – eigentlich sollten sie aber »Lotos-Tec« heißen, um dem natürlichen Vorbild zu seiner Ehre zu verhelfen!
Was ist Bionik?
Die Bionik ist ein Zweig der Ingenieurwissenschaften, der versucht, biologische Strukturen als Vorbild für technische Konstruktionen zu nutzen. Am Beginn steht dabei gewöhnlich die Entschlüsselung der genialen Erfindungen von »Mutter Natur«. Eine Eins-zu-eins-Übertragung gelingt allerdings selten, meist werden bestimmte Aspekte herausgegriffen und dem technisch Machbaren angepasst.
Wussten Sie, dass …
Haie deshalb so schnell schwimmen, weil ihre Haut mit mikroskopisch kleinen Noppen besetzt ist, und bionische Badeanzüge mit derselben Eigenschaft bereits zu kaufen sind?
das Dach des Münchner Olympiastadions nach dem Vorbild der Natur entstand? Der Architekt Otto Frei orientierte sich am Stützgewebe von Pflanzen und am Netz der Zitterspinne.
Messer, die den sich selbst schärfenden Nagezähnen von Ratten nachempfunden sind, nicht stumpf werden?
Verpackungsmaterialien, die sich wie Bienenwaben aus sechseckigen Strukturen zusammensetzen, leichter und stabiler als herkömmliche Stoffe sind?
es auch Parallelentwicklungen von Technik und Natur gibt, die vermutlich unabhängig voneinander erfolgten? Beispiele sind Flugzeugpropeller und Ahornsamen, Injektionsspritzen und Wespenstachel oder die Echolotortung, die bei Schiffen wie bei Fledermäusen und Delfinen zu finden ist.
Wer es hat zuerst gerochen…
Aliens sind nervig. Tut uns leid, aber das muss mal gesagt werden. Und ja, Mr. Spock, Alf, E.T. und die anderen außerirdischen Wesen, die wir aus dem Fernsehen kennen, mögen nett sein. Aber sie sind halt auch erfunden. In echt haben wir noch kein einziges Alien entdeckt, nicht einmal irgendeinen außerirdischen Einzeller, bei dem...
»Ein Großteil der Moore ist renaturierbar«
Über Herausforderungen bei der Wiedervernässung von Moorflächen berichtet Tobias Witte vom BUND im Interview. Das Gespräch führte OLIVER ABRAHAM Herr Witte, wie steht es um die Moore in Deutschland? Heute gibt es in Deutschland noch rund 1,8 bis 1,9 Millionen Hektar Moorfläche, ursprünglich lag die Zahl aber deutlich höher. Wie...