Bionik – Von der Natur gelernt - TÜV NORD Gruppe

Bionik - Von der Natur gelernt UMWELT
Selbst reinigende Wände auch gegen Grafitti bald keine Vision mehr?
Bionik heißt dieses interdisziplinäre Forschungsgebiet, in
dem sich Biologie und Technik begegnen. Das geht weit
über bloßes Kopieren der Natur hinaus. „Nachahmen lässt
sich die Natur überhaupt nicht“, sagt Werner Nachtigall,
Professor Emeritus und Gründer der Arbeitsrichtung
Technische Biologie und Bionik an der Universität des
Saarlandes in Saarbrücken (siehe auch explore:
INTERVIEW, Seite 38). Sie kann aber Anregungen für technische
Entwicklungen geben und hält dafür ein gewaltiges
Ideenpotenzial parat. „Der Biologe weist auf Dinge hin, die
in der Natur funktionieren“, erklärt Professor Nachtigall. „Die
Aufgabe des Ingenieurs ist es, diese eigenständig mit den
Mitteln seiner Fachdisziplin umzusetzen.“ Bionik fordert
daher das ständige Überschreiten von Grenzen.
Bekannt ist der Lotuseffekt, mit dessen Hilfe etwa
Fassaden stets sauber bleiben. Die feine Oberflächenstruktur
des Lotusblattes sorgt dafür, dass Wasser abperlt
und den Schmutz dabei mit vom Blatt wäscht. Nach diesem
Vorbild wurde ein Anstrich entwickelt, der eine vergleichbare
Mikrostruktur aufweist und ebenso selbst reinigend
ist wie die natürliche Blattoberfläche. Neueste
Produkte mit Lotuseffekt wollen noch mehr: So kann ein
Spray im Prinzip jede Oberfläche mit diesem Effekt versehen.
Den Rohstoff produziert Degussa unter dem
Handelsnamen Tegotop 100. Im freien Handel ist der
Lotuseffekt zum Aufsprühen allerdings noch nicht erhältlich.
Ein großes Manko ist bisher noch die mangelnde
Beständigkeit: Bei Berührung wird der Effekt schnell zerstört.
Die Beständigkeit ist ebenfalls entscheidend bei der
Umsetzung im Textilbereich. „Bei Textilien werden hochbeständige
Effekte erwartet“, erläutert Volkmar von Arnim vom
Institut für Textil- und Verfahrenstechnik in Denkendorf. „Die
Oberflächen sind jedoch im Dauergebrauch meist noch zu
empfindlich. Wir sind deutlich vorangekommen, haben aber
noch kein Produkt mit Lotuseffekt, das in diesem Sommer
auf den Markt kommt.“
Grob lässt sich die Bionik in drei Komplexe unterteilen: Die
Konstruktionsbionik befasst sich mit Konstruktionen, die
Informationsbionik mit Informationsübertragungs-, Entwicklungs-
und Evolutionsprinzipien und die Verfahrensbionik
mit Vorgehensweisen aus der Natur. Aspekte der
Verfahrensbionik könnten künftig eine besondere Rolle
spielen. In ihnen sieht Nachtigall den möglichen Schlüssel
für das Überleben. Eine biotechnologische Gewinnung von
Wasserstoff könnte seiner Meinung nach viele Probleme
lösen. Dann müsste Wasserstoff nicht mehr aus fossilen
Brennstoffen gewonnen werden, sondern aus Wasser mithilfe
der Sonnenenergie. Allerdings müssen sich an die
natur-analogen Vorgänge industrielle Technologien
anschließen, die letztlich zu gasförmigem Wasserstoff führen.
„Wenn die fossilen Brennstoffe ausgehen, bleibt uns ja
nur die Sonne“, so Nachtigall.
Ein weiteres zentrales Element, das dem Menschen als
nützliches Vorbild dienen könnte, ist für ihn die Art und
Weise, wie die Natur mit komplexen Systemen umgeht und
Abfälle grundsätzlich vermeidet. „Die Natur kennt keine
Abfälle, die Volkswirtschaft sagt, es geht nicht ohne“, so
Nachtigall. Die Natur geht aber nicht nach Preis oder volkswirtschaftlichen
Aspekten, dafür nach System erhaltenden
Kenngrößen. „Das müssen wir noch lernen. Die Natur existiert
auch ohne uns, und wir sind so dumm und schauen
nicht hin.“
Das Potenzial der Bionik wird zunehmend erkannt. So hat
das Bundesministerium für Bildung und Forschung den
Wettbewerb „Bionik – Innovationen aus der Natur“ ausgerufen.
In diesem Jahr wurden sechs Forscherteams ausgezeichnet,
darunter die Arbeitsgruppe von Professor Wilhelm
Barthlott von der Universität Bonn, aus deren Arbeit auch
die Entwicklung unterschiedlicher Produkte mit Lotuseffekt
hervorgegangen ist. Die Forscher untersuchen extrem
Wasser abweisende Oberflächen, so genannte superhydrophobe
biologische Grenzflächen. Für den Ideenwettbewerb
reichten sie ein Projekt ein, in dem sie die Wasserjagdspinne
unter die Lupe genommen hatten. Die Spinne wird
beim Tauchen nicht nass, da feinste Borsten Luft einschließen
und ihren Körper so mit einer Luftschicht umgeben.
Mögliche technische Anwendungen aus dieser Beobachtung
bestehen in ähnlichen, künstlich hergestellten Oberflächen,
die etwa Badeanzüge trocken halten oder Schiffsrümpfe
leichter durchs Wasser gleiten lassen sollen.
Wenn sie taucht, schlüpft die Wasserjagdspinne in ein silbrig glänzendes
Kleid: Ihr Körper überzieht sich dann mit einer Haut aus Luft, die
verhindert, dass die Spinne feucht wird. Unzählige kleine Borsten halten
die Luftschicht gefangen.
Ein weiterer Preisträger ist die Arbeitsgruppe um Stefan
Schulz vom Forschungszentrum Karlsruhe. Die Wissenschaftler
entwickelten ein Gerät zur Darmspieglung, das
nicht von außen vorgeschoben wird. Es bewegt sich vielmehr
selbsttätig sanft durch den Darm und beugt so
Verletzungen der empfindlichen Darmschleimhaut vor. Als
Vorbild diente den Forschern dabei das peristaltische
Fortbewegungsprinzip des Regenwurms.
Wie zahlreiche Beispiele zeigen, ist Bionik in höchstem
Maße entwickelte Technik. „Wir wollen nicht zurück zur
Natur im Sinne von Low-Tech, sondern vorwärts zur Natur
– im Sinne von extremer High-Tech“, erklärt Nachtigall. „Es
gibt nichts Komplexeres und Raffinierteres als die Natur.“
explore: 3/2005 - 37