Bionik bedeutet: Von der Natur lernen

Nürnberg - Es gibt Lebewesen, die fliegen geschmeidig durch die Lüfte, gleiten sanft durch das Wasser und sind perfekt an die Natur angepasst. Der Wissenschaftszweig Bionik versucht, diese Naturwunder zum Vorbild zu nehmen und technisch nachzubilden.

Vermutlich seit jeher haben Menschen versucht, Entwicklungen aus der Natur in ihren Alltag zu integrieren. Der erste, der sich diesem Thema wissenschaftlich widmete und damit zum ersten Bioniker im heutigen Sinne wurde, war Leonardo da Vinci.

Denn er hat nicht nur die Mona Lisa gemalt. Er hat auch leidenschaftlich den Flug der Vögel studiert und 1505 eine technische Konstruktion entworfen, mit deren Hilfe er selbst fliegen wollte. Heute ist es für uns völlig selbstverständlich, über weite Strecken hinweg in den Urlaub zu fliegen. Das moderne Flugzeug – ein Meisterwerk der Bionik.

Auch in vielen anderen Lebensbereichen kann einem diese Wissenschaft begegnen – sogar beim Beladen einer Waschmaschine. Es gibt zum Beispiel Wäschetrommeln, deren dünnes Blech wie Bienenwaben aufgebaut ist. Das schont nicht nur die Wäsche, da die Oberfläche keine scharfen Kanten hat, sondern sorgt auch für eine besondere Stabilität der Trommel.

Ganz viel Bionik kann man im Bionicum des Nürnberger Tiergartens bestaunen – zum Beispiel einen Tennisschläger, der mit Spinnenfäden bespannt ist. Wenn man damit mit voller Wucht auf einen Tennisball schlägt, halten das die Spinnenfäden ohne Probleme aus.

Das liegt daran, dass Spinnenseide fünfmal so reißfest ist wie Stahl – und gleichzeitig ein äußerst geringes Gewicht aufweist. Überhaupt kann die Bionik gerade von Spinnen sehr viel lernen. An der Technischen Hochschule (TH) – Georg Simon Ohm sind die achtbeinigen Naturwunder Vorbild für den „Ohm-Krabbler“, einen Laufroboter, der in einem fünfjährigen Forschungsprojekt entwickelt werden soll.

© Foto: Eduard Weigert

„Bisherige Laufroboter sind mit klassischen mechatronischen Bauelementen aufgebaut, zum Beispiel Elektromotoren oder Seilzügen“, erklärt TH-Professor Rüdiger Hornfeck den Ausgansgpunkt der Forschunsgarbeiten. „Wir haben hier zusammen mit Biologen Spinnen untersucht und versuchen jetzt, diesen Mechanismus auf die Technik zu übertragen.“

Ein Beispiel: Erhöht die Spinne den Flüssigkeitsdruck in ihrem Vorderkörper, so überträgt sich der Druck auf die Beine und sorgt dafür, dass sie sich strecken. Nach diesem Vorbild soll auch der „Krabbler“ funktionieren. „Unser Ohm-Krabbler könnte beispielsweise als Rettungsroboter in unzugänglichen und/oder verseuchten Gebieten eingesetzt werden“, erläutert der Wissenschaftler.

Auch im Labor für Makromolekulare Chemie und Kunststofftechnik der TH wird versucht, von der Natur zu lernen. Konkret geht es um Pflanzen, die sich bewegen und der Sonneneinstrahlung folgen können.

© Foto: Roland Fengler

Im Projekt „Heliotrope Polymere“ unter der Leitung von Prof. Gerd Wehnert wird versucht, die Bewegung zu analysieren und chemisch nachzustellen. „Heliotrope Polymere bewegen sich unter Lichteinstrahlung. Bei Pflanzen entsteht die Bewegung durch Änderungen im Zelldruck.

Heliotrope Polymere hingegen ändern unter Lichteinstrahlung ihre Gestalt. Sie können sich bei Sonnenlicht um bis zu 40 Prozent zusammenziehen und im Dunkeln wieder ausdehnen“, erläutert Wehnert.

Er erklärt auch, wie man diesen Effekt nutzen könnte. „Ein wichtiges Anwendungsgebiet wären optische Schalter oder autonom dem Sonnenlicht folgende Vorrichtungen.“ Die Natur hält noch viele Ideen bereit.