Bionik - Tipps für Pflanzenfreunde - Bayern 1 - 28.12.2013

Bayern 1 – Tipps für Pflanzenfreunde 28.12.2013
Bionik – Lernen von der Natur
Leonardo da Vinci erdachte Flugmaschinen, die sich am Bau eines Vogels orientierten. Die
Schwimmblätter der Riesenseerose mit ihren massiven Blattrippen gaben die Idee zum Bau
des Glaspalasts in London. Ein Pfefferstreuer funktioniert wie eine Mohnkapsel. Das
Haftprinzip von Klettenfrüchten diente als Vorbild für den heute alltäglichen Klettverschluss.
Oberflächen gestaltet man schmutzabweisend, nachdem man den Selbstreinigungseffekt der
Lotosblätter erkannt hatte. All dies sind Beispiele für Bionik, der Wissenschaft, die von der
Natur lernt.
Bionik, eine junge, aber höchst aktive Wissenschaft
Der Begriff Bionik setzt sich aus Biologie und Technik zusammen. Naturwissenschaftler und
Ingenieure, Architekten, Philosophen und Designer schauen sich Tiere und Pflanzen,
natürliche Prozesse und Lebensweisen ganz genau an, um deren geniale Konstruktion und
ausgeklügelte Entwicklung auf die Technik zu übertragen. Nicht wenige Neuerungen haben
unseren Alltag damit nachhaltig beeinflusst, etwa der weithin bekannte Lotoseffekt.
Oberflächen von Pflanzen wie Lotosblume oder Kohlrabi sind so gestaltet, dass sich auf
ihnen kein Schmutz festsetzen kann, er wird vom Regen einfach abgespült. Stäubt man
Paprikapulver auf ein Kohlblatt auf, lässt es sich mit wenig Sprühwasser ganz einfach
abspülen. Sogar Klebstoff fließt dank der besonderen Pflanzentechnik einfach ab. Mittels
Nanotechnik gestalten Ingenieure diesen Effekt zum Beispiel bei Fassaden, Duschkabinen
oder Seitenscheiben vom Auto nach.
Wie einzigartig die Natur im Laufe der Evolution Lebewesen gestaltet hat, damit sie gegen
alle Eventualitäten gerüstet sind, und was wir uns davon abschauen können, sollen ein paar
Beispiele aus der Pflanzenwelt zeigen.
Stabiler Leichtbau
Gräser haut so schnell nichts um. Schaut man sich Bambus, Getreide, Pfahlrohr, aber auch
Schachtelhalme genau an, bemerkt man deren geniale Konstruktion. Sie sind hohl, ihre
Wände von langen Fasern durchzogen. Das verleiht ihnen größtmögliche Stabilität und
1

Tragkraft bei gleichzeitiger Elastizität und Knickfestigkeit – viel besser als Stahlbeton. Lässt
sich einfach nachvollziehen: Die Papprolle einer Küchenrolle ist ziemlich stabil, kann mehr
tragen als ein massiver Zylinder derselben Maße. Besteht der Hohlkörper aber aus
Wellpappe, ist er noch leistungsfähiger – und spart dazu Material.
Gemäß diesen Vorbildern wurde von Biologen der Universität Freiburg und Ingenieuren des
Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf der „technische Pflanzenhalm“
entwickelt. Der bionische Faserverbundwerkstoff kann für den Automobilbau, für Sportgeräte
sowie in Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden.
Leichtbauweise gepaart mit höchster Belastbarkeit findet sich beispielsweise auch im
Automobilbau, wo man Karosserien nach Vorbild von Baumkronen, Achsträger nach Vorbild
von Drachenbäumen entwickelt. Schaumstoffe, entwickelt nach Pflanzenvorbildern,
verkleiden Armaturenbretter und Verkleidungen, nehmen bei Unfällen gewaltige Kräfte auf
und sind doch leicht genug, damit die Insassen vor Verletzungen so weit wie möglich
geschützt bleiben. Nach dem Vorbild von wachsendem Holz hat Prof. Claus Mattheck vom
Forschungszentrum Karlsruhe ein Rechenprogramm entwickelt, mit dem man Bauteile mit
geringstem Gewicht konstruieren kann.
Besser fliegen
Die geniale Flugtechnik von Löwenzahn- oder Wiesenbocksbartfrüchten inspirierte die
Forscher zur Konstruktion von autostabilen Fallschirmen. Nach dem Prinzip der geflügelten
Ahornfrüchte entwickelten die Gebrüder Wright den Propeller als Antrieb für ihre Flugzeuge.
Der „Nasenzwicker“ diente aber auch als Vorbild für das Design eines Hilfspakets, mit dem
man aus dem Flugzeug Waren abwerfen kann, die nicht aufwendig mit einem Fallschirm
ausgestattet werden müssen und trotzdem ohne harten Aufprall zur Erde unbeschadet
kommen. Die Design-Studentin Adrienne Finzsch erhielt dafür 2012 den James-Dyson-
Award. Bis zu 60 Kilogramm trägt ihr Emergency Airdrop mit seinen Schraubenflügeln.
Optimal verpacken
Eine Banane – besser geht Verpackungstechnik nicht. Multifunktional, biologisch abbaubar,
gleich schon mit „Reißverschluss“ versehen. Kokosnüsse sind von Natur aus so
ausgestattet, dass selbst unter intensiver tropischer Sonne die Kokosmilch im Inneren nicht
zu kochen anfängt, weil die Schale Verdunstungskälte erzeugt. Außerdem fallen sie aus
großer Höhe von der Palme, ohne zu zerplatzen. Bei der Pomelo, einer großen,
pampelmusenartigen Zitrusfrucht, dämpft die schaumstoffähnliche Schicht aus luft- und
wassergefüllten Zellen unter der Schale den Aufprall. Auch diese Früchte landen unversehrt
nach einem Sturz aus 20 bis 30 Metern Höhe auf dem Boden. Macadamianüsse wiederum
2

verfügen über eine ungemein harte Schale aus Steinzellen. Kokosnuss, Pomelo und
Makadamia: Vereint ergaben sie das Vorbild für Motorradhelme.
Selbstheilende Membranen
Mehr als ärgerlich, wenn die Luftmatratze plötzlich Luft verliert, das Schlauchboot leckt oder
ein Reifen ein Loch bekommt. Da wäre es doch praktisch, wenn sich die Außenhaut selbst
repariert. Genau das ist das Ziel der Forscher, indem sie die Wundheilung von Pflanzen
untersuchen, um dies auf technische Materialien zu übertragen. Bei der Pfeifenwinde, einer
tropischen Liane, die ausgesprochen rasch wächst, reißt die Außenhülle immer wieder ein.
Für Mittagsblumen können Beschädigungen tödlich sein, weil sie als Wüstenpflanzen
innerhalb kürzester Zeit austrocknen. Die Pflanzen heilen diese Verletzungen blitzschnell,
indem Zellen aus dem Gewebe aufquellen und die Risse versiegeln. Eine bionische
Beschichtung aus Polyurethanschaum, entwickelt vom Kompetenznetz Biomimetik der
Universität Freiburg, kann die Membran luftgefüllter Materialien jetzt selbst reparieren. Bei
einer Beschädigung quillt der unter Überdruck stehende Schaum in den Riss und verschließt
ihn.
Damit möchte man in Zukunft luftgefüllte Träger für Hallen, Sportstadien oder Brücken
entwickeln, die in Leichtbauweise mindestens ebenso viel aushalten wie massive
Stahlträger. Der unkaputtbare Radlreifen rückt auch in greifbare Nähe.
Unbenetzbare Oberflächen
Ein Badeanzug, der nicht nass wird, ein Containerschiff, das treibstoffsparend durch den
Ozean gleitet – möglich kann dies werden, wenn sie von einem dünnen Luftfilm umgeben
sind. Der Schwimmfarn Salvinia molesta macht es vor. Forscher der Universitäten Bonn,
Karlsruhe und Rostock haben es untersucht: Der Farn trägt Härchen, die wie winzige
Schneebesen aussehen und Wasser abweisen. Taucht man ihn unter Wasser, halten die
Härchen ein Luftpolster fest, die Blätter sind unbenetzbar und kommen trocken wieder aus
dem Wasser heraus.
Gelingt es, große Schiffe mit einem bionischen Bootslack auszustatten, der nach dem
Vorbild Schwimmfarn funktioniert, könnte die Reibung des Schiffsrumpfes stark herabgesetzt
und dadurch viel Treibstoff eingespart werden. Gewebe für Bademoden könnte dank
Schneebesenhärchen immer trocken bleiben.
Karin Greiner
3