Bionik: Technik nach dem Vorbild der Natur - Junge Wissenschaft

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10 Junge Wissenschaft 85 // 2010 Magazin Portrait Inspiriert vom Prinzip Natur Jörg Müssig, Bioniker an der Hochschule Bremen, entwickelt neue Werkstoffe und holt sich dafür Ideen aus der Natur. Dabei beachtet er besonders die Nachhaltigkeit, also eine Ressourcen schonende Herstellung und eine umweltfreundliche Entsorgung. Wenn Jörg Müssig heute durch den Wald streift, erlebt er Pflanzen und Bäume anders als vor zwei Jahren. Seit der 41-jährige Maschinenbauer eine Professur für Biologische Werkstoffe an der Hochschule Bremen innehat, hat sich sein Verhältnis zur Natur „extrem geändert“: Er richtet beispielsweise bei einem Farn sein Augenmerk auf die Struktur und versucht, eine Vorstellung von der inneren Konstruktion zu gewinnen. Welche mechanischen Grundprinzipien haben sich herausgebildet? Welche natürlichen Vorbilder könnten sich anbieten, um Werkstoffe zu verbessern? Jörg Müssig, aktives Mitglied der Jungen Akademie von 2004 bis 2009, ist begeistert von den funktionellen und technischen Möglichkeiten, die die Evolution geschaffen hat. Eine seiner neuesten Entdeckungen ist der Rhabarber: „Ein spannendes Gewächs. Mit seinen über einen Quadratmeter großen Blättern müsste die Pflanze zum Beispiel optimal auf Biegelasten ausgelegt sein.“ Erste Analysen der biologischen Struktur versprechen interessante Hinweise darauf, dass die Blätter auf plötzlichen Schlag – ein wichtiger Faktor bei Werkstoffen – ideal reagieren. „Daraus können Die Rhabarberblätter sind hoch biegsam. Der Bioniker untersucht, welche Struktur dafür verantwortlich ist Jörg Müssig, Bioniker an der Hochschule Bremen wir vielleicht etwas für die Entwicklung besserer Verbundwerkstoffe lernen.“ Die technische Umsetzung ist eine Herausforderung Lernen aus der Natur – das klingt gut, ist aber kompliziert. „Ich beobachte zum Beispiel die Biegsamkeit eines Blattes, messe sie und erhalte interessante Ergebnisse. Aber Rückschlüsse darauf, welche Komponente in der Struktur für diese Spitzenleistung verantwortlich ist, sind schwierig“, erklärt Jörg Müssig. Selbst wenn er diese Hürde genommen und die richtige Komponente erfasst hat, kommt die noch größere Herausforderung: die Ergebnisse wirklich zu verstehen und für eine technische Anwendung zu abstrahieren. Gelingt das, so lässt sich eventuell ein bionischer Werkstoff schaffen. „Ein von der Natur inspirierter Werkstoff heißt jedoch nicht, dass er automatisch eine gute Ökobilanz aufweist“, betont Jörg Müssig. Häufig werden nur einzelne Aspekte wie hohe Leistungsfähigkeit verfolgt und im Werkstoff entsprechend verbessert. Nachhaltigkeit interessiert nicht. Hier aber setzt der Forscher an. Er arbeitet an Biowerkstoffen, die Ressourcen schonen und bei Bedarf umweltfreundlich entsorgt werden können. Erfolge mit nachhaltigen Werkstoffen erzielte der Wissenschaftler beispielsweise mit einer Außenverkleidung aus Hanffasern und Leinöl, modifiziert zu Epoxidharz. Nach einem dreijährigen Praxistest an Braunschweiger Stadtbussen wird
Magazin Jörg Müssig das Bauteil jetzt gemeinsam mit einem niederländischen Architekten für Fassaden weiterentwickeln. Auch die Analyse von natürlichen Dämm-Systemen verfolgt er in diesem Projekt. Stürze überstehen wie die Kokosnuss Grundprinzipien der Natur erkennen, sie auf Technik übertragen und dann in Werkstoffe einbauen: Diesen Weg erforscht Jörg Müssig ebenfalls anhand der Kokosnuss. Eine dichte Außenhaut schützt die tropische Frucht vor Verrottung, wenn sie durch das Meer zu anderen Inseln treibt. Zugleich sorgen die dehnbaren Fasern der Schutzhülle dafür, dass die Kokosnuss beim Sturz von der Palme nicht bricht. Besonders diese Unempfindlichkeit gegen hohe Schlagkraft interessiert den Werkstoffwissenschaftler. Studierenden früh in Forschung und Entwicklung einbinden.“ Um das zu erreichen, bemüht er sich erfolgreich um Industriestipendien und ermöglicht Studierenden, bereits in ihrer Bachelorarbeit Probleme zu bearbeiten, die Unternehmen oder Forschungsinstitute umtreiben. Nach dem Maschinenbaustudium Beschäftigung mit Naturfasern Kreativ Arbeiten mit Menschen und mit Werkstoffen – das sind die Kriterien, nach denen Jörg Müssig immer wieder seine berufliche Laufbahn ausgerichtet noch nicht so stark wie mit Beginn meiner Bremer Professur.“ Damals wandte sich Jörg Müssig Naturfasern wie Hanf und Flachs zu: Viele Jahre forschte er am Faserinstitut Bremen e. V. FIBRE. Zuletzt leitete er dort den Forschungsbereich Naturnahe Werkstoffe/Nachhaltigkeit. Als Maschinenbauer mit der Ausrichtung auf Naturfasern und biologische Werkstoffe hatte Jörg Müssig stets mit anderen Disziplinen zu tun: Ingenieurwissenschaften, Agrarwissenschaften, Pflanzenzüchtung, Botanik, Zoologie. 11 Young Researcher Er will das mechanische Prinzip nutzen, um Gehäuse von Handys bruchsicher zu machen. „Wir übertragen die Erkenntnisse von der Kokosnuss auf Zellulose- Faserverbundwerkstoffe. Diese technischen Viskosefasern sind so dehnbar, dass sich die Schlageigenschaften der Verbundwerkstoffe erheblich verbessern. Als Werkstoff für Handy-Gehäuse können die Fasern die Bruchsicherheit erhöhen“, berichtet Jörg Müssig. Dass das Interesse an Know-how aus der Natur groß ist, zeigt die starke Resonanz von Unternehmen und Forschergruppen auf Müssigs Arbeiten. Beim Kokosnuss-Projekt kooperiert der Wissenschaftler mit dem Unternehmen, das die technischen Viskosefasern herstellt. Zusammenarbeit mit der Industrie, darunter auch Autozulieferer, ist für Jörg Müssig selbstverständlich. Berührungsängste kennt er nicht. Allerdings spielen neben der Nachhaltigkeit auch die Chancen für seine Studierenden eine wichtige Rolle. „Ich möchte die Die Junge Akademie hat. Als Abiturient wollte er Surfbretter bauen, stellte aber schnell fest, dass der schöpferische Freiraum begrenzt ist. Es folgte ein Maschinenbaustudium in Duisburg mit den Schwerpunkten Werkstoffe, Wasseraufbereitung und Abfallentsorgung. „Nach dem Diplom gab es schon eine Hinwendung zur Natur, aber Die Junge Akademie wurde im Jahr 2000 als erste Akademie des wissenschaftlichen Nachwuchses in Deutschland gegründet. Ihre fünfzig Mitglieder aus dem gesamten deutschsprachigen Raum widmen sich dem interdisziplinären wissenschaftlichen Diskurs, engagieren sich gemeinsam an den Schnittstellen von Wissenschaft und Gesellschaft und setzen sich für die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses ein. www. diejungeakademie.de Jörg Müssig möchte von der Kokusnuss lernen, wie sie das Herabfallen von der Palme unbeschadet übersteht Fächerübergreifender Dialog ist ihm bestens vertraut und im Bremer Fachbereich ohnehin Alltag. In der Jungen Akademie hat er vor allem andere Denkweisen kennen und schätzen gelernt: „Die Begegnungen haben mich dazu gebracht, noch stärker über den Tellerrand zu schauen, und mich in der Denkweise gestärkt, dass grundlegende Forschung und anwendungsorientierte Entwicklung sich ideal ergänzen können. Die Kontakte und Diskussionen haben einen spürbaren Einfluss auf meine Publikationsaktivität ausgeübt, gerade auch als Professor an einer Fachhochschule." Uschi Heidel (aus Junge Akademie Magazin 10, 2009).
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Seite 7 und 8: Jugend forscht 45 Young Researcher
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Seite 11 und 12: Jugend forscht 49 Young Researcher
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Seite 17: Jugend forscht viel Intensität ver

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