Bionisches Bauen - zeka Architektur

T i t e l t h e m a
B i o n i s c h e
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La construction Bionique
L’étude intensive de la nature
représente une impulsion
importance pour des nouvelles
solutions technologiques.
Lors d’un congrès en 1960
l’expression „Bionique“ a été
introduite en reliant la biologie
et la technique. Entre-temps la
Bionique devint une discipline
reconnue traitant de la mise en
œuvre du développement des
systèmes biologiques dans le
domaine de la construction
tout en élaborant de nouvelles
méthodes techniques. En
architecture ce procédé est
encore peu diffusé, par contre
les formes architecturales
organiques et biologiques en
comparaison avec les lignes
droites et cubiques sont de
plus en plus utilisées.
Une architecture dans les
termes du développement durable
intégrant une meilleure
compréhension des modèles
biologiques de la nature, serait,
dans le sens de la Bionique
un nouveau pas vers l‘art
de la construction écologique,
à l‘exemple du développement
de façades à multi couches,
de l’amélioration de l’efficience
énergétique et l’utilisation de
moins de matériaux.
Die Natur selbst ist das häufigste Vorbild für kreativ schaffende Menschen. Als bewährte
Hilfsmittel für die Erklärung und Nutzung der teilweise unerklärlichen und unbezähmbaren
Naturphänomene haben sich Geometrie, Technik und Naturwissenschaften erwiesen.
Doch oft genug hat sich das technisch logische Denken des Menschen weit von den
natürlichen Ursprüngen entfernt und eigene Welten geschaffen, die nicht im Einklang mit
Natur und Umwelt stehen.
Von der Natur lernen bedeutet, Wissen von
den Konstruktionen und Verfahrensweisen
der Natur auf die Technik zu übertragen. Dies
bedeutet nicht bloss ein Kopieren , sondern
vielmehr ein tiefgründiges Verständnis für die
Wirkmechanismen der Natur, um diese analog
oder auch nur annähernd auf technische
Anwendungen zu übertragen. Die Anregungen
der Natur können somit wertvolle Impulse für
das technische Gestalten durch Ingenieure
liefern.
Biologie + Technik = Bionik ?
Die Verbindung der scheinbaren Gegensätze
„Biologie“ und „Technik“ könnte man als
„Technische Biologie“ beschreiben, in der
die Natur unter Einbringung der technischen
Wissenschaften erforscht und beschrieben
wird. Paradebeispiel für diese Vorgehensweise
ist weiterhin das Universalgenie Leonardo
da Vinci (1452-1519), der nicht nur die
menschliche Anatomie detailliert erforschte
und zahlreiche raffinierte Kriegsmaschinen für
seine Auftraggeber entwickelte, sondern auch
aus dem Studium der Aerodynamik des Vogelfluges
um 1505 technische Flugapparate mit
Knochengelenksmechanik entwickelte.
Auf einem Kongress in Dayton/Ohio wurde
1960 für diese technische Disziplin vom amerikanischen
Luftwaffenmajor J.E.Steele ein neuer
Begriff geprägt: bionics, der die Verbindung
von Biologie und Technik bezeichnete.
Inzwischen hat sich die Bionik als eigenständige
wissenschaftliche Disziplin etabliert,
die sich mit der technischen Umsetzung und
Anwendung von Konstruktions-, Verfahrens-
und Entwicklungsprinzipien biologischer Systeme
befasst. Voraussetzung für die Bionik ist
das technische Verständnis biologischer Vorgänge,
eine Wissenschaft, die als Biologische
Technik bezeichnet wird.
Technologie der Zukunft
Obwohl die Verbindung von Natur und Technik
bereits seit Jahrhunderten von Menschen
experimentell angewandt wurde, wird die
Bionik heutzutage als Technologie der Zukunft
gehandelt. Frühestes Beispiel der
kreativen Verbindung von Natur und Ingenieurskunst
ist die Sage von Daedalos,
dem Architekten des minoischen
Labyrinthes von Knossos, der sich und seinem
Sohn Ikarus für die Flucht von der Insel Kreta
nach dem Vorbild der Natur aus Adlerfedern
und Bienenwachs künstliche Flügel baute. Das
Ende der Geschichte ist bekannt, denn Ikarus
flog zu nah an die Sonne, das Bienenwachs
schmolz und er stürzte ins Meer. Ein Sinnbild
für Erfindergeist und Selbstüberschätzung des
Menschen.
Das kreative Lernen von der Natur entspringt
weniger einem restaurativen und romantisierenden
„Zurück zur Natur“, als vielmehr dem
Wunsch, die Segnungen moderner Technik
und Wissenschaft im Einklang mit der Natur
zu nutzen. Es ist auch ein deutliches Zeichen
für die Einsicht, dass viele Konstruktionen und
Systemlösungen in der Natur bereits umfassender
„angedacht“ und umgesetzt sind, als
es menschliche Technik bisher vermochte.

s B a u e n
Dieser unermessliche Schatz an Ideen und
komplexen Lösungen wartet darauf, vom Menschen
erschlossen zu werden. Ein wesentlicher
Unterschied liegt jedoch in den Ausgangsbedingungen:
Während in der biologischen Natur
alle Dinge sich durch Wachstum entwickeln,
muss der Mensch die Dinge durch Bauen und
Konstruieren erschaffen.
Von der Bienenwabe zum Snowboard
Bionische Konstruktionen haben bereits auf
breiter Front Einzug in den menschlichen Alltag
gehalten. Die raumoptimierte und statisch
ausgereifte Anordnung in Wabenstruktur verwenden
nicht nur die fleissigen Bienen für ihre
Honigablagen, sondern dienen heute bereits
zur Aussteifung von Aussenwandungen von
Raumschiffen und Flugzeugen, werden in der
Fahrzeugtechnik als Kühl- und Luftklappen,
sowie als Katalysator-Reaktionsflächen angewandt
und haben auch der Tragstruktur von
Snowboards Pate gestanden.
Selbst im Bauwesen ist die raumsparende Wabenstruktur
immer wieder sowohl in konstruktiv-
statischer Hinsicht bei Richard Buckminster
Fullers geodätischen Kuppeln (1967), als
auch in organisatorischer Weise beliebt, wie
z.B. bei den orginellen Bucky-Domes der amerikanischen
Hippie-Generation.
Weiterhin glänzen in der Natur die Wespen mit
grossartigem Einfallsreichtum, denn mit ihren
kugelartigen Nestern haben sie uns Menschen
nicht nur die Produktion von hauchdünnem
„Papier“ vorgemacht, sondern auch für Gebäudetechniker
wertvolle Impulse für optimal belüftete
mehrschalige Konstruktionen geliefert.
Statik der Zellen
Biologische Zellen bestehen aus Kernen, die
durch geeignete Hüllen geschützt sind und in
Verbindung mit weiteren Zellen zu Gesamtorganismen
gefügt sind. Dies führt zu hochkomplexen
Systemen mit eindrücklichen Zellstrukturen.
Der Anteil zwischen Material und
Hohlraum ist dabei jeweils aufs Vorteilhafteste
optimiert, also ein hervorragendes Beispiel
für raum- und materialsparende Ingenieurslösungen.
Die Zellstrukturen von Holz, Waldreben,
Bambus und anderen Gewächsen können
bei der Schaffung moderner High-Tech-
Gewebe, wie z.B. Carbonfasern höchstens im
Ansatz primitiv nachgeahmt werden. Besser
zur Anregung geeignet sind die verzweigten
Fachwerkstrukturen von Blättern, besonders
der eindrücklichen Riesenseerosen, die in der
Ingenieursbaukunst schon seit mehr als hundert
Jahren begeisterte Nachahmer fanden.
So orientierte sich sowohl Sir Joseph Paxtons
Kristallpalast in London (1851) als auf Gustave
Eiffels gleichnamiger Turm zur Weltausstellung
in Paris (1889) an den bewährten Prinzipien
der Lastableitung in der Natur. Neben den
Stabtragwerken finden auch Flächentragwerke,
besonders im Betonschalenbau der 60er
Jahre natürliche Urformen im Schildkrötenpanzer
und in der Geometrie der Eierschalen.
Reinheit der Natur
Besondere Faszination auf den Menschen
üben auch die Blätter der Lotusblume aus, die
dank ihrer speziellen noppenartigen Oberfläche
keinen Halt für Schmutz und Wasser bieten
und damit einen sogenannten „Selbstreinigungseffekt“
aufweisen.
Die bionische Technologie erforscht nun verschiedene
Möglichkeiten zur Nachahmung
dieser Eigenschaften. Das Ziel der Schaffung
von „selbstreinigenden“ Oberflächen und
Fassaden könnte die Verlängerung der Haltbarkeit
von Bauteilen sein und damit Ressourcen
sparen, andererseits könnte der Einsatz
von konventionellen (auf Erdölbasis hergestellten)
Reinigungsmitteln reduziert werden.
Inzwischen wird der „Lotus-Effekt“ bereits für
Fassaden, Dachziegel, Folien und Geschirr mit
speziellen Mitteln angepriesen. Doch oftmals
dient die Bionik noch als Marketinginstrument
und weniger als nachhaltige Anwendung.
Costruzioni bioniche
Lo studio intenso della natura
può essere un impulso essenziale
per la ricerca di nuove
soluzioni tecniche. Durante
un congresso del 1960, per
descrivere questo processo,
fu coniato il termine di Bionica
come unione di biologia e
tecnica. Nel frattempo la bionica
è diventata una disciplina
scientifica riconosciuta, che si
occupa della realizzazione e
dell’applicazione dei principi
costruttivi, metodologici e di
sviluppo di sistemi biologici.
In architettura, l’applicazione
di questo modo di procedere
ha trovato finora poco spazio,
per contro aumentano le
forme organiche o parventi
biologiche in contrapposizione
ad un linguaggio architettonico
cubico e lineare. Per
un‘architettura sostenibile, la
comprensione strutturale di
esempi e procedure biologici
come per esempio lo sviluppo
di facciate multistrati, il miglioramento
dell’efficienza energetica
ed un limitato consumo
di materiale, nel senso bionico
potrebbe essere un nuovo e
necessario passo della costruzione
ecologica, conforme ai
nostri tempi.
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Abbildungen
(von oben nach unten):
In seinem „Codex über den
Vogelflug“ untersuchte das
Universalgenie Leonardo da
Vinci bereits 1505 den natürlichen
Flug systematisch, um
daraus verschiedene Studien
zu menschbetriebenen Flugapparaten
zu entwickeln. Erst
deutlich später gelang es dem
Flugpionier Otto Lilienthal
1896, mit ähnlichen Apparaten
kürzere Flugexperimente
durchzuführen.
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T i t e l t h e m a
Bionik der Nachhaltigkeit
Von der Natur lernen, um im Einklang mit der
Natur zu leben. Dies sollte die Devise bionischer
Entwicklungen sein. Die Ressourcen der
Erde sind begrenzt und damit auch die Langzeitperspektive
des menschlichen Lebenskomforts
auf der Basis konventioneller technischer
Errungenschaften.
Die unumstrittene Problematik der Technik liegt
einerseits darin, dass sie Natur und Umwelt
mehr entnimmt, als dass sie zurückgibt, somit
auf Konsum basiert. Anderseits werden durch
Verbrauch und Verschleiss ständig wachsende
Abfallberge produziert, die durch Recyling
nicht vollständig abbaubar sind.
Allein die Lagerung und Entsorgung der Elektronikschrott-
und Atommüllabfälle der letzten
40 Jahre ist ein Thema, für welches in absehbarer
Zeit keinerlei Lösungen in Sicht sind.
Weiterhin ist moderne Technik und der Lebenskomfort
in den westlichen Gesellschaften
in hohem Masse abhängig von jederzeit
verfügbaren Energien und Rohstoffen, sei es
Wärme, Elektrizität oder Wasser.
Der unablässig steigende Energiebedarf bringt
das Gleichgewicht der Natur in Schieflage, da
auch hierfür immer mehr Rohstoffe entnommen
werden müssen und immer mehr Abwärme
und Abgase bei der Herstellung und Aufbereitung
entsteht.
Von der Natur lernen kann daher auch bedeuten,
Sparsamkeit und Nutzung vorhandener
Ressourcen als Vorbild zu nehmen. Biologische
Systeme zeigen sich besonders überlebensfähig,
indem sie mit geringem Energiebedarf
extremen Situationen trotzen. Dabei sind
immer wiederkehrende Motive bei Bauten in
der Natur:
- geringer Materialverbrauch
- geringer Energieverbrauch
- optimale klimatische Verhältnisse (Wärmehaltung,
Lüftung, Kühlung,etc.)
- Verfügbarkeit der Materialien vor Ort
- Wiederverwendbarkeit
Weitere interessante Informationen zum Thema:
Eine Bionik der Nachhaltigkeit sollte diese
Grundregeln des Konstruierens und Lebens
verinnerlichen und beherzigen. Damit könnte
ein wesentlicher Beitrag für eine lebenswerte
und langfristig nutzbare Erde geleistet werden.
Organische Architekturen
In der gebauten Umwelt ist nach langen
Jahren des gebauten Puritanismus und Minimalismus
derzeit eine deutliche Renaissance
organischer Formen festzustellen.
In einer zunehmend als kälter und ausgrenzend
empfundenen Gesellschaft wecken geradlinige
und kühle Raumkonzepte unangenehme
Assoziationen und weichere Formen,
die der Organik entlehnt sind, haben Konjunktur.
Unter dem Schlagwort „Organische Architektur“
finden natürlich anmutende Bauformen
vermehrt Akzeptanz und Anwendung.
Florale Formen und geschwungene
Linien- und Raumführungen brechen Sehgewohnheiten
auf und suggerieren einen spielerischen
Umgang mit Räumen. Ungeübte
Architekturbetrachter tun sich schwer bei der
Unterscheidung von rein formalen organischen
und biologischen Raumstrukturen und
den eher inhaltlich der Natur entlehnten Bauformen.
Das Gros organischer Bauten bedient
sich vorwiegend in rein formalistischer Weise
organischer Muster.
Der österreichische Maler, Bildhauer und
Architekt Friedensreich Hundertwasser hat
es vorgemacht, wie mit den Sehnsüchten
der Menschen nach bunten und gerundeten
Behausungen Kasse gemacht werden kann.
So hat er als reinen Dekor bunte Elemente
am Bau drapiert und das ganze mit zukkerbäckerischem
Elan mit goldenen Häubchen
und Zwiebeltürmchen garniert, so
dass eine immer wiedererkennbare Form
entstand, die eine regelrechte Fankultur begründet
hat. Wenn man so will, hat er damit
bewusst oder unbewusst eine regelrechte
Popkultur der organischen Architektur be-
- Archithese 2/02: Architecture, Biologie, Techniques, Niggli Verlag
- Prozess und Form „Natürlicher Konstruktionen“, Sonderforschungsbericht 230, Verlag
Ernst& Sohn, 1996
- HiTechNatur, Drei Museen- Drei Ausstellungen, Begleitbroschüre zu den Sonderausstellungen,
Hrsg.: Natur-Museum Luzern/ St. Gallen und Solothurn, www.hitechnatur.ch
- Links im Internet: - www.biokon.net Kompetenzzentrum Bionik im Netz
- Studienorte für Bionik (D) - TU Berlin, Universität Saarland, TU Ilmenau
- In der Schweiz betreiben die EMPA Dübendorf und die ETH Zürich bionische Studien

Abbildungen auf dieser Seite
a. oben rechts
Die Leichtigkeit der Zeltdachstruktur des deutschen Pavillons auf der Weltausstellung
in Montreal 1967 (Architekt: Frei Otto) ist in vollendeter strukturaler
Effizienz natürlichen Tragwerken, wie z.B. Spinnennetzstrukturen
nachempfunden.
b. unten links
Der Architekt Norman Foster bezeichnet das von ihm 2004 in der Innenstadt
Londons errichtete Bürogebäude mit solargesteuerten Jalousien als
„Kiefernzapfen“. Im Londoner Volksmund wird der 180-Meter-Turm lieber
als „Gurke“ bezeichnet.
c. unten Mitte
Nicht nur formal werden beim Kulturzentrum des pazifischen Inselreiches
Neukaledonien in Kanak (Architekt: Renzo Piano) traditionelle Bauformen
der örtlichen Kultur aufgenommen, sondern auch ein ausgeklügeltes Beschattungs-
und Belüftungssystem angewandt.
d. unten rechts
Mehrschichtige Fassadenstrukturen übertragen die Eigenschaften einer
Haut auf den Bau und dienen hauptsächlich der optimierten Entlüftung .
Der Entwurf des Büros „Future Systems“ bildet als Zuluftkanal ein offenes
Atrium aus.
B I O G R A P H I E
Christian Kaiser hat
in Berlin und an der
ETH Zürich Architektur
studiert, und hat
als Dipl.-Ing. Architekt
SIA nach langjährigerMitarbeit
in einem
baubiologischen Architekturbüro
in Zürch
sein eigenes Architekturbüro
am Hochrhein
gegründet.
Seine Fortbildung
zum Baubiologen hat
er am Institut für Baubiologie
Rosenheim
abgeschlossen und
ist seit mehreren Jahren
Mitglied des SIB,
der FGHU und des
deutschen Verbandes-
Baubiologie.
Seit Anfang 2005 leitet
er die inhaltliche Profilierung
der Zeitschrift
„Baubiologie“.
gründet. Ebenso erfolgreich, jedoch baulich
wesentlich professioneller beglücken die geschwungenen
Baukörper des amerikanischen
Architekten Frank Gehry seit mehreren Jahrzehnten
die Freunde organischer Architektur.
Frank Gehry schafft überraschende und ungewohnte
Räume und Baukörper, indem er
im Entwurfsprozess verschiedene skulpturale
Lösungen am gekneteten Objekt sucht, bis er
diese mit Hilfe moderner digitaler Scantechnik
in Baupläne übersetzt.
Lernen oder Kopieren von der Natur?
So belebend der Einzug organischer und formal
an Naturformen angelehnter Gebäude in
die Städte der Neuzeit sein mag, so fragwürdig
ist deren rein äusserlich an die Natur angelehnte
Formfindung und gestalterische Begründung.
Hier wird nicht wirklich vom Reichtum
der Natur gelernt, sondern auf einfachste Art
Klischees menschlicher Erwartung gegenüber
einer „biologischen“ Architektur bedient.
Bereits in den 60er Jahren nutzten junge Architektengruppen,
wie z.B. das britische Kollektiv
„Archigram“ in Ermangelung tatsächlicher Aufträge
dieses Potential, um comicstrip-ähnliche
Architekturphantasien mit aufblasbaren gebärmutterähnlichen
Baukörpern zu entwickeln.
Interessanter scheint dabei das Potential zu
sein, welches im strukturalen - und nicht nur im
formalen- Verständnis der Natur liegt. Atmende
Fassaden, Gebäude mit „Haut“-Schichten, intelligente
Lüftungs- und Beschattungssysteme
führen auch zu speziellen und unverwechselbaren
Bauformen, die durchaus ein bionisches
Architekturverständnis begründen könnten.
Derzeitige Protagonisten dieser Bewegung
bedienen sich allerdings noch verstärkt einer
High-Tech-Ästhetik, die aus baubiologischer
Sicht nicht immer im Sinne menschgerechter
Räume sein dürfte.
Organik- Biologie- Baubiologie
Es könnte durchaus eine Aufgabe und ein Ansporn
für ökologisches und baubiologisches
Bauen sein, diesen Zielkonflikt zu lösen. Organisches,
biologisches und baubiologisches
Bauen zielen alle in Richtung einer menschgerechten
und zukunftsfähigen Architektur, die
mit offenem Sinn für Vorbilder der Natur agiert.
Die bionische Technik verfolgt auf breiter Basis
ähnliche Ziele. Dennoch gelingt es noch zu
selten, dass aus natürlichen Vorbildern moderne
und gesunde Bauten geschaffen werden.
Es scheint, dass solche Häuser nicht gebaut,
sondern vielmehr geboren werden müssen...
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