WOrKshOPs aKtiONsstäNdE - Katholische Stiftungsfachhochschule ...

BioniK
füLLhOrN BiONiK
wAs sicH von
pflAnZenHAlmen,
KofferfiscHen
und stABHeuscHrecKen
lernen lässt
Die Bionik spielt eine Schlüsselrolle,
wenn es gilt, der Natur ihre Geheimnisse
zu entlocken. Davon erwartet
neben BIOKON z.B. auch der
Verein Deutsche Ingenieure (VDI)
weitere „erstaunliche innovative
Produkte und wirtschaftlich rentable
Ergebnisse“. Voraussetzung ist
die enge Zusammen arbeit von Naturwissenschaftlern
und Ingenieuren.
Denn über die Jahrmillionen
haben Pflanzen und Tiere verblüffende
Eigenschaften und Fähigkeiten
entwickelt, die zu ergründen
und für technische Lösungen aufzubereiten
sich lohnt.
Aber die Natur lässt sich nicht einfach
kopieren. Die Übertragung von
Lösungen in die technische Anwendung
erfordert viel Experimentieren
und oft umfangreiche Entwicklungsarbeit.
Dann aber sind überraschende
Lösungen möglich, wie die
folgenden Beispiele zeigen:
Bäume sind dort dicker, wo Wind
und eigenes Gewicht sie am
stärksten belasten, z.B. zwischen
Wurzel und Stamm. Das hat Physiker
zu einem Computerprogramm
angeregt, mit dem Bauteile optimiert
werden können: Das Ergebnis
ultraleichte Bauteile mit höherer
Belastbarkeit und längere Lebensdauer
trotz weniger Materialverbrauch,
z.B. bei orthopädischen
Schrauben. Angewendet wird die
Methode auch im Bau von Autos,
Chemieanlagen und Maschinen.
delfine, die sich unter Wasser mit
Klicklauten und Pfiffen über Kilometer
verständigen können, sind
Ideengeber für moderne Kommunikationstechnik:
Entwickelt wurde
die S2C-Technik, mit der man Messdaten
und Bilder aus dem Meer ohne
Unterwasserkabel übertragen
kann, z.B. für die Rohstoffsuche
und Tsunami-Warnung.
eisBären, deren Fell aus weißlichen
hohlen Haaren besteht und
deren Haut schwarz ist, versorgen
sich zum Teil so mit Energie: Die
Haare fangen das Sonnenlicht ein
und leiten es zur Haut, von der die
Lichtenergie aufgenommen und
gespeichert wird. Wissenschaftlich
ist dieses Phänomen umstritten.
Dennoch hat die Inspiration aus der
Natur zu einer Übertragung auf die
Technik geführt: Daraus wurde eine
transparente Wärmedämmung für
Niedrigenergiehäuser.
fisCHe haben sehr schmiegsame
Flossen. Ihr Aufbau und ihre Funktion
wurden zum Vorbild für Zangen,
mit denen man ganz empfindliche
Gegenstände greifen kann.
sCHaCHtelHalme, Bambus und
Pfahlrohr sind mit ihren hohlen
Stängeln und dünnen Halmwänden
leicht und stabil zugleich. Betrachtet
man einen Schachtelhalm unter
dem Mikroskop, sieht man im
Querschnitt, dass selbst die dünne
Halmwand noch mit Kanälen
durchsetzt ist. Biologen und Textilingenieure
haben nach diesem
Vorbild den „Technischen Pflanzenhalm“
entwickelt und patentiert. Er
verbindet Leichtigkeit und Stabilität
und kann beispielsweise in der
Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbau
eingesetzt werden.
Haie faszinieren Konstrukteure
mit ihrer beschuppten Hautoberfläche,
die rau wie Sandpapier ist,
aber gerade dadurch die Reibung
im Wasser vermindert und schnelles
Schwimmen ermöglicht. Auf diese
Weise kann die Außenhaut von
Verkehrsflugzeu gen verbessert,
die Fluggeschwindigkeit erhöht
und der Energieverbrauch gesenkt
werden. Als Innenhaut in Gaspipelines
erleichtert die von der Natur
entlehnte Technik den Energietransport.
KnoCHen sind nur dort verstärkt,
wo sie Belastungen auszuhalten
haben, an anderen Stellen sind sie
hohl und dadurch leichter. Diese
Logik der Natur nutzen Architekten
für Leichtbauweisen, z.B. für die
Decke des ehemaligen Zoologiehörsaals
der Uni Freiburg.
KofferfisCHe haben einen Körper
mit Kanten und Wülsten, sind
aber ausgesprochen wasser-
lehre der lotusblätter: Von ihnen perlt alles ab
schlüpfrig. Ihre Form hat Autokonstrukteure
zu windschnittigem Design
angeregt.
lianen können Risse schnell versiegeln
und heilen. Nach dem Vorbild
der Wundversiegelung bei Lianen
ist die Übertragung auf eine
selbstheilende Beschichtung für
pneumatische Systeme gelungen.
lotus-Pflanzen aus Indien haben
eine mikroraue Blattoberfläche,
so dass sich Schmutz nicht festsetzen
kann und mit Wasser leicht
abspülen lässt: So wurden Fassadenfarben
entwickelt, die sich ohne
Schrubben selbst reinigen, und
auch selbst reinigende Textilien.
staBHeusCHreCKen können sich
mit ihren sechs Beinen sicher über
Stock und Stein bewegen. Nach
diesem Prinzip wurden Roboter
mit vielen Sensoren und ebenfalls
sechs Beinen entwickelt, die von
Elektromotoren unabhängig voneinander
angetrieben werden. Diese
„Laufapparate“ können steiles,
unwegsames Gelände überwinden
ohne umzukippen und sind deshalb
bei Katastrophen auch dort
einsetzbar, wo es für Menschen zu
gefährlich ist.
BiONiK aLs NaturNahEr LErNOrt
PROBIEREN
UND ERLEBEN
Zu den Anziehungspunkten für Bionik-Interessierte
zählen die Bionik-experimente:
(Stand-Nr. 65) mit
faltstrukturen: Falten findet man überall in
der Natur, z.B. bei Palmenblättern. Sie sind auf
technische Konstruktionen übertragbar. Experiment:
Falten macht stabil – stimmt das?
fin ray effect®: Fischflossen haben Eigenschaften,
die für die Technik hochinteressant
sind. Experiment: Fischflossen
als Zange – was verbindet sie?
Klettverschluss: Das wahrscheinlich meistgenutzte
bionische Produkt der Welt ist
aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken.
Experiment: Wie viel Gewicht
kann der Klettverschluss tragen?
lotus-effect®: Unter diesem Warennamen
sind Produkte weltweit geschützt, die sich
die Selbstreinigungskräfte der Lotusblätter
zum Vorbild genommen haben. Experiment:
Sauber ohne Schrubben – geht das?
Quiz: Es gibt in unserem Alltag bereits Gegenstände,
die Vorbilder aus der Natur haben. Wer
weiß schon, was Autoreifen mit Bienenwaben,
Flugzeuge mit Eselspinguinen (die gar nicht
fliegen können), Streuer für den Haushalt mit
Mohnkapseln, Gleitschirme mit Pusteblumen,
der Pariser Eiffelturm mit Knochen zu tun hat?
Maskottchen Billy Bamboo führt durch das Quiz.
Workshop „optimieren wie die natur“ (Workshopraum
42): Ingenieure konstruieren zielgerichtet.
Biologische Evolution hingegen kennt
kein Ziel: Natürliche Strukturen entstehen
durch Versuch und Irrtum. Optimieren mit Hilfe
der Evolutionsstrategie führt zu erstaunlichen
neuen Lösungen. So kann man z.B. Frösche
am Computer verschwinden lassen.
stabile Faltkonstruktion: palmblättern abgeschaut
schuLcLustEr
BENEdiKtBEuErN
JUGENDLICHE
MACHEN MOBIL
Mit TUM macht MINT Schule: Die TUM School of
Education, die für die Lehrkräfteausbildung zuständige
Fakultät der TU München (Stand-Nr.
64) knüpft in mehreren Regionen leistungsfähige
Netzwerke mit allen Schularten, um den
Unterricht in den MINT-Fächern (Mathematik, Informatik,
Naturwissenschaft, Technik) zu unterstützen.
Ein solches TUM-Schulcluster entsteht
derzeit im Oberland; sein Zentrum ist Benediktbeuern,
wo ein Schülerlabor als Kristallisationspunkt
entsteht. Ziel ist auch, die regionalen
Unternehmen für eine Zusammenarbeit mit
den Schulen zu motivieren. Beispiele für Natur
und Technik im Unterricht zeigen auf dem Lernfest
die Gymnasien Penzberg und Geretsried.
Bauteil für Flugzeuge: Vorbild schachtelhalm
ausBiLduNg
NATUR UND
TECHNIK ALS
BERUFSFELD
Wo Natur und Technik sich verbünden,
wo einerseits Wissenschaftler,
Ingenieure und Handwerker
von der Biologie lernen und andererseits
technische Methoden die
natürlichen Schätze der Erde schonend
nutzen, gibt es eine Fülle von
Chancen für Nachwuchs kräfte.
Der eine Weg öffnet sich über das
Studium nach dem Abitur: Mathematik,
Informatik, Naturwissenschaften,
Technik – MINT – aber
auch Architektur, Design, Medizin.
Der andere Weg kann über die
Praxis führen, über eine industrielle
oder handwerkliche Lehre
und – wenn es sinnvoll ist – ein
anschließendes berufsbegleitendes
Studium. Ein Beispiel: Christoph
Neinhuis hat erst eine Gärtnerlehre
gemacht, mit 22 Jahren
ein Biologiestudium begonnen
und an der Erforschung des Lotus-
Effekts mitgearbeitet, seit 2002
ist er Professor für Botanik an der
Technischen Universität Dresden.
„Bioniker“ ist übrigens keine geschützte
Berufsbezeichnung. Zu
dieser Tätigkeit führen viele Wege
über ein Studium der Bionik,
Natur- oder Ingenieurswissenschaften.
Eine Übersicht über
die Studienmöglichkeiten gibt
es auf der Webseite: www.biokon.net/bildung/studium.html
Studienberatung lässt
sich auch über
studienberatung@tum.de
ansteuern.
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