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Bionik: der Natur abgeschaut

Pflanzen und Tiere besitzen mitunter bemerkenswerte Eigenschaften, an denen Techniker und Ingenieure großes Interesse haben. Ein bekanntes Beispiel ist der Klettverschluss am Rucksack oder etwa am Schuh. So wie sich Kletten in das Fell eines Tieres oder in die Kleidung verhaken, hält der Verschluss mit winzigen Widerhaken Stoffe zusammen. Diese Technik hat man der Natur abgeschaut.

Klette

Bild: public domain
Die Klette ist Vorbild für den Klettverschluss.

Man spricht auch von Bionik. Das ist die Wissenschaft, die Biologie und Technik vereint. Der Kunstbegriff „Bionik“ setzt sich aus „Bio“ von Bio-logie und „nik“ von Tech-nik zusammen. Durch die Kopie von Bauweisen und Effekten der Natur lässt sich in vielen Fällen Material und Energie einsparen, was letztendlich der Umwelt zugute kommt.

Der Lotus-Effekt

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts weckte die Lotusblume mit dem botanischen Namen Nelumbo nucifera das Interesse der Forscher. Und zwar durch einen merkwürdigen Widerspruch. Die Pflanze wächst in recht schlammigen Gewässern, doch ihre Blätter sind immer makellos sauber. Mit dem Mikroskop konnten die Forscher das Rätsel lösen.

Klettverschluss

Bild: Alexander Stahr
Ein Klettverschluss am Schuh ist heute etwas Selbstverständliches

Im Abstand von tausendstel Millimetern sitzen auf der Blattoberfläche warzenartige Erhebungen, die Papillen genannt werden. Diese sind von kleinen Wachskristallen überzogen. Über diese Wasser abweisende Oberfläche rollt jeder Wassertropfen sofort ab und nimmt dabei neben Schmutzpartikeln auch Schädlinge wie Pilzsporen und Bakterien mit. Man hat dies den „Lotus-Effekt“ genannt. Inzwischen gibt es einige Produkte mit „Lotus-Effekt“. Bei Dachziegeln oder Fassadenfarbe hat man die Struktur des Lotusblattes kopiert, sodass sie sich bei Regen selbst reinigen.

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Früchte mit Borsten

Die Große Klette ( Arctium lappa) besitzt Früchte mit Borsten, deren Spitzen winzige elastische Häkchen tragen. Kommen auch nur einige davon in Kontakt mit dem Fell von Tieren, klammern sie sich fest. Auf diese Weise nutzt die Klette Tiere und auch die Haare und Kleidung des Menschen als Transportmittel für die Verbreitung ihrer Früchte. Werden die Klettenfrüchte oder Kletten mit Gewalt entfernt, schützt die Elastizität der Häkchen sie davor abzubrechen.

Der Klettverschluss

Die Idee für den Klettverschluss kam dem belgischen Erfinder Georges de Mestral (1907 – 1990) der Erzählung nach auf Spaziergängen mit seinem Hund. Immer wieder musste er Kletten aus dem Fell des Tieres entfernen. Eines Tages legte er die Früchte unter sein Mikroskop und entdeckte dabei, dass die Borsten der Klette an ihrem Ende ein winziges Häkchen tragen. Der Erfinder sah darin eine Möglichkeit, zwei Materialien fest zu verbinden und problemlos wieder zu teilen. Er entwickelte den Klettverschluss, den er im Jahr 1951 zum Patent anmeldete.

Das Schachtelhalm-Prinzip
Lotusblume

Bild: public domain
Diese hübsche Pflanze reinigt ihre Blätter durch eine raffiniert aufgebaute Blattoberfläche. Nach ihr wurde der „Lotuseffekt“ benannt.

Schachtelhalme der Gattung Equisetum sind bis auf Australien weltweit verbreitet. Es sind lebende Fossilien, denn es gibt sie schon seit mehr als 300 Millionen Jahren. Einst bildeten sie große Wälder und wurden bis zu 30 Meter hoch. Die heutigen Vertreter sind wesentlich kleiner, aber nach dem gleichen Prinzip aufgebaut. Mehrere ineinander verschachtelte Glieder wachsen aus einem wurzelähnlichen unterirdischen Spross, der als Rhizom bezeichnet wird.

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Spannende Aufgaben

Bionik kann man studieren. Nach dem Studium gibt es zahlreiche Berufsmöglichkeiten. So zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtindustrie, in der Automobilindustrie, im Schiffbau oder in Designbüros. Dort warten sicherlich spannende Aufgaben.

Den Aufbau des Schachtelhalms hat man sich zu Nutze gemacht. So etwa beim Bau von Hochhäusern, bei der Konstruktion von Teleskop-Skistöcken oder ausziehbaren Zeigestöcken für den Dia- oder Beamervortrag.

Schachtelhalm

Bild: public domain
Der Schachtelhalm ist Vorbild für zahlreiche technische Konstruktionen.

Ideen ohne Ende

Beispiele für Ideen aus der Natur gibt es inzwischen fast unzählige. So etwa das Echolot, das auch von Delphinen und Fledermäusen benutzt wird, das Strahltriebwerk, welches dem Rückstoßprinzip bei Quallen und Tintenfischen entspricht, die Haihaut, die von Schwimmanzügen kopiert wird oder der Schleim von Schnecken, der als Vorbild für Klebstoffe dient. Bionik wird an zahlreichen Universitäten gelehrt. An einigen Universitäten und Fachhochschulen gibt es mittlerweile auch den Studiengang Bionik, der auch unter den Begriffen Biotechnologie, Biotechnology oder Bioingenieurwesen angeboten wird.

Nach dem Studium gibt es zahlreiche Berufsmöglichkeiten. So zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtindustrie, in der Automobilindustrie, im Schiffbau oder in Designbüros. Dort warten sicherlich spannende Aufgaben.

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