A | A | A   Schriftgrösse

Bionik

Eine Forschungsdisziplin, welche sich mit Biologie und Technik auseinander setzt

Immer häufiger begegnen wir dem Wort Bionik. Es ist eine Forschungsdisziplin, welche sich mit Biologie und Technik auseinander setzt. Schon im 15. Jhdt. entnahm der italienische Maler, Bildhauer, Baumeister und Naturforscher Leonardo da Vinci verschiedene Baumuster der Natur. Diese Muster sind die Auslese von Millionen Jahren. Der Mensch, ein junges Produkt der Evolution, sucht Techniken, um Energie zu sparen. Die Vorbilder liefert ihm die Natur.

Feldwespen
Perfekte Wabenkonstruktion der Feldwespen - Foto M. Siller

Dabei geht es darum die Konstruktionsprinzipien der Natur zu verstehen, um sie in die Technik zu übernehmen oder effizient einzubauen. Betrachten wir das Flugbild eines Steinadlers oder Gänsegeiers, erkennen wir die aufgefächerten Flügelenden. Ein Werk der Evolution, denn dadurch werden große Randwirbel in Kleine umgewandelt. Dieses Mehrfachwirbelsystem bedeutet weniger Energieverlust. Ein biologisches Konstruktionsmerkmal, welches einen verminderten induzierten Strömungswiderstand als bei einem konventionellem Flügel ergibt. Analysiert man den Vogelflug, entdeckt man Mehrfachtricks, welche durchaus auch bei Aeroplans angewandt werden können. Durch die bei Flugzeugen bereits nachgeahmte, gewölbte Tragflächen-Form, fließt auf der Oberseite der Flugzeugflügel die Luft schneller als auf der Unterseite. Der dadurch entstehende Sog trägt das Fluggerät. Bei extremen Flugmanövern, wie rasche Richtungsänderungen oder steilem Anstieg kann der Luftstrom über den Tragflächen abrupt abreißen und der Flieger könnte dadurch wie ein Stein zu Boden fallen. Bei Geiern, Adlern und Störchen heben sich in solchen Extremsituationen einige Deckfedern auf der Oberseite der Flügel ab und verhindern damit, dass der Luftstrom abreißt. Durch selbstständig darauf reagierende Rückstromklappen bei Flugmaschinen kann dieser Abriss verhindert werden.

Bartgeier
Die aufgefächerten Flügelenden vermeiden große Randwirbel - Foto J. Zmölnig

Verschleiß- und Reibungsminderung

Die Schuppen von Sandschleiche, Sandboa oder des Sandfisches setzen, weil sie wie poliert erscheinen, energiesparend die Festkörperreibung (in diesem Fall die Sandreibung) auf ein Minimum herab und dienen der Technik als Vorbild für Verschleiß- und Reibungsminderung.

Mit einem Liter Benzin 1500 Kilometer

Untersuchungen am Unterwasserflug der Pinguine beispielsweise liefern eine Reihe von Lösungsansätzen diverser technischer Probleme. Optimal von der Natur geformt, erreichen die flugunfähigen Vögel bei Tauchgängen hohe Unterwasser-Geschwindigkeiten und verbrauchen dabei wenig Energie. Umgerechnet schaffen sie es, mit einem Verbrauch von einem Liter Benzin 1500 Kilometer durchs Eismeer zu schwimmen. Während sie mit hervorragender Flügeltechnik durchs Wasser gleiten bleibt ihr gesamter Körper beinahe starr. Da Transportmittel wie Boote oder Flugzeuge ebenfalls mit starrem Rumpf gebaut werden, liefern diese Tiere wertvolle Verbesserungs-Informationen vor allem auf dem Energiesparsektor.

Katzenpfoten, die sich bei Änderung der Laufrichtung verbreitern, mehr Kontaktfläche auf den Untergrund projizieren, erbrachten der Autoreifenindustrie wichtige Hinweise zur Profilverbesserung. Die Lotuspflanze (auch Kohlrabi), von deren Blättern alle wasserlöslichen Substanzen abperlen diente als Beispiel für die Herstellung von sich leicht selbst reinigenden Lacken. Lotuseffekt bei beschichteten Bratpfannen. Klettfrüchte als Vorbild für den Klettverschluss. Die scharfkantigen Minirillen auf Haifischschuppen gegen den Reibungswiderstand. Das Echolot kupferten wir den Fledermäusen und Delfinen ab, die Saugnäpfe den Kraken und die Lamellensohlen den Geckos. Selbst die Lüftungssysteme von Termiten werden genützt und der Flügelfrucht des Ahorns baute man Propeller nach.

Stumpfe Messer

Gerade in der Papier-, Plastik- , Holz- und Gummi-Industrie werden scharf schneidende Messer permanent gebraucht. Ein Problem, denn Produktionsausfälle wegen der Wechsel von Klingen sind an der Tagesordnung. Aufgrund der sich selbst schleifenden, messerscharfen Rattenzähne ist man drauf und dran diese „Technik“ an Metallklingen umzusetzen.

Hydraulik

Die Spinne, für viele Menschen eine ekeliges Tier, ist wissenschaftlich betrachtet für die Bionik hochinteressant. Man stelle sich vor, ohne Beinmuskulatur laufen und über eine 100fache Körperlänge Sprünge durchführen zu können. Die dafür nötige Kraft liegt an einer im Vorderkörper der Spinne liegenden Pumpe, in welchem kräftige Muskelzüge die Brustplatte mit dem Rückenpanzer verbinden und bei Kontraktion diese etwas aufeinander zu bewegen. Vereinfacht ausgedrückt, wird Körperflüssigkeit durch Kanäle in die Beine bis zu den Gelenken gepresst. Diese „Hydraulik“ wird in der Forstwirtschaft als Holzgreifgerät bis zu Mikrogreifern in der Medizintechnik eingesetzt.

Krabbenspinne
Spinnen liefern Hinweise über die Hydraulik - Foto H.P. Sorger

Roboter

Wo optische Sensoren in stocktiefer Dunkelheit versagen, in durch Schlamm verschmutzter Gewässern oder staubigem Umfeld kommen Fühler und andere Tastorgane zum Tragen. Diese Systeme, bei Robotern in Anwendung gebracht, können sich den örtlichen Gegebenheiten anpassen und wurden von Insekten, Krebsen, Welsen und den Spinnentieren abgeschaut.

Raubwanze
Raubwanzen geben Hinweise für den Bau von Robotern - Foto H.P. Sorger

Großes Grünes Heupferd
Fühler des Heupferds sind gewaltige Sensoren, auch die Beine sind beispielgebende Tastwerkzeuge - Foto H.P. Sorger

Längst beschäftigt sich diese Bio-Wissenschaft mit dem Kaltlicht-Prinzip. Kaltes Licht ist gleich das Licht der Zukunft, Licht ohne Wärmeabstrahlung, produziert von Leuchtkäfern, Tiefseefischen, Moosen und Pilzen. Von ihnen werden 92% der eingesetzten Energie zu Licht gemacht. Im Gegensatz kann eine Glühbirne nur etwa 5% der Ausgangsenergie in Helligkeit umwandeln.

Glas als künstliche Niere

Übermäßiger Salzgenuss schadet unserer Gesundheit. Für einen in Seenot geratenen Menschen bedeutet das Trinken von Salzwasser den Tod. Der in der Antarktis lebende Sturmvogel besitzt über dem Schnabel eine Art Röhre, durch die er mit einem porösem Filtersystem überschüssiges Salz ausschwitzt. Mit dieser Technik entsalzt der Vogel Meerwasser und nur so kann er überleben. Bereits heute nutzt die Medizin in ähnlicher Form dieses Prinzip zur Blutreinigung: Poröses Glas als künstliche Niere. Die Silbermöwe schwitzt Salz über die Nasenöffnung aus, Meeresreptilien über ähnlich funktionierende Salzdrüsen. Wenn wir hinkünftig in der Lage sind, Meerwasser en gros zu entsalzen, wäre das das Ende des weltweiten Trinkwassermangels.

Eine stete Suche nach Strukturen in der Natur als Vorbilder, positiv für die Technik verwendbar, ist das Ziel der Bionik.

Besseres Verständnis

Jeder der sich mit der Natur auseinander setzt weiß wie unerbittlich sie ist. Was sich nicht durchsetzen kann wird vernichtet oder aufgefressen. Nur durch Weiterentwicklung, Anpassung und Optimierung ist ein Fortbestand möglich.
Diese Erkenntnisse können zu einem besseren Verständnis führen, warum wir alles daran setzen müssen die Biodiversität - also die Artenvielfalt zu erhalten. Sie bringt uns Hoffnung, Vorteile und Nutzen.

Ihr Hans Peter Sorger

Gönnen Sie sich ein besonderes Naturerlebnis!

Exkursionen in die Welt der außergewöhnlichen Artenvielfalt im Naturpark Weissensee
Informationen + Anmeldung

Titelfoto H.P. Sorger

© Respect to Wildlife 2017