Bionik: Was sich Ingenieure in der Natur abschauen

7 Bilder 6.8.2019, 18:09 Uhr

Das Wort Bionik setzt sich aus den Wörtern Biologie und Technik zusammen. Es bedeutet, dass Ingenieure von der Natur Lösungen für technische Anwendungen abschauen. Einer der Pioniere auf diesem Gebiet war Leonardo da Vinci im 15. Jahrhundert. Er analysierte den Flug der Vögel und baute Flugapparate nach ihrem Vorbild.

Von der Natur Lösungen für technische Anwendungen abschauen? Geht, auch in Nürnberg. Professor Rüdiger Hornfeck und sein Team von der Technischen Hochschule versuchen, einen Eulenhals künstlich nachzubauen. Auf dem Bild hält er den Prototypen in Händen. Dank besonderer Gelenke ist der Hals der Eule besonders beweglich. 14 Halswirbel können sich wie eine Wendeltreppe nach oben schrauben. Das Plastik-Skelett im Vordergrund stammt aus dem 3D-Drucker und ist das einer Taube im Maßstab 1 zu 2.

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Eulenhals

Von der Natur Lösungen für technische Anwendungen abschauen? Geht, auch in Nürnberg. Professor Rüdiger Hornfeck und sein Team von der Technischen Hochschule versuchen, einen Eulenhals künstlich nachzubauen. Auf dem Bild hält er den Prototypen in Händen. Dank besonderer Gelenke ist der Hals der Eule besonders beweglich. 14 Halswirbel können sich wie eine Wendeltreppe nach oben schrauben. Das Plastik-Skelett im Vordergrund stammt aus dem 3D-Drucker und ist das einer Taube im Maßstab 1 zu 2. © Stefan Hippel

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Spinnenbeine

Die Nürnberger Maschinenbauer haben Erfahrung mit Gelenken. Seit einigen Jahren bauen sie künstliche Spinnenbeine nach. Die Tiere haben statt eines Skeletts eine stabile Hülle um den Körper, die sie hydraulisch durch Flüssigkeit mit Druck und Gegendruck bewegen. Künstliche Spinnenbeine verbrauchen dadurch weniger Energie als ein Laufroboter mit elektrischem Antrieb. Außerdem kommt der „Krabbler“ in unwegsamem Gelände zurecht. Er kann etwa nach einem Erdbeben über Geröll laufen und Daten und Fotos liefern, bevor sich Menschen in die Gefahrenzone begeben. © Horst Linke

Eines der bekanntesten Beispiele aus der Bionik ist der Lotuseffekt. Auf den Blättern der Lotuspflanze aber auch von vielen Insektenflügeln perlen Wassertropfen ab und nehmen dabei Schmutz und Staub mit. Diese Fähigkeit zur Selbstreinigung nutzen Hersteller heutzutage auch für Hausfassaden, Fensterscheiben und Regenjacken.

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Lotusblätter

Eines der bekanntesten Beispiele aus der Bionik ist der Lotuseffekt. Auf den Blättern der Lotuspflanze aber auch von vielen Insektenflügeln perlen Wassertropfen ab und nehmen dabei Schmutz und Staub mit. Diese Fähigkeit zur Selbstreinigung nutzen Hersteller heutzutage auch für Hausfassaden, Fensterscheiben und Regenjacken. © Xu Jinbo

Haie sind hervorragende Schwimmer und schnelle Jäger. Im Laufe der Evolution hat sich ihr Körper über Millionen Jahre perfekt ans Wasser angepasst. Dazu trägt ihre Stromlinienform bei, aber auch ihre Haut. Die besondere Struktur ihrer Schuppen verringert den Reibungswiderstand. Die Haie brauchen dadurch weniger Energie, um durchs Wasser zu gleiten. Außerdem setzen sich – anders als etwa bei Walen – keine Seepocken auf ihnen fest. Den gleichen Effekt nutzen Konstrukteure für Flugzeuge und Schiffe. Wenn sie dank künstlicher Haihaut auf dem Rumpf weniger Luft- und Wasser-Widerstand haben, verbrauchen sie auch weniger Treibstoff.

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Haihaut

Haie sind hervorragende Schwimmer und schnelle Jäger. Im Laufe der Evolution hat sich ihr Körper über Millionen Jahre perfekt ans Wasser angepasst. Dazu trägt ihre Stromlinienform bei, aber auch ihre Haut. Die besondere Struktur ihrer Schuppen verringert den Reibungswiderstand. Die Haie brauchen dadurch weniger Energie, um durchs Wasser zu gleiten. Außerdem setzen sich – anders als etwa bei Walen – keine Seepocken auf ihnen fest. Den gleichen Effekt nutzen Konstrukteure für Flugzeuge und Schiffe. Wenn sie dank künstlicher Haihaut auf dem Rumpf weniger Luft- und Wasser-Widerstand haben, verbrauchen sie auch weniger Treibstoff. © Stefan Sauer

Angeblich kam dem Schweizer Ingenieur Georges de Mestral die Idee im Jahr 1941 bei einem Spaziergang mit seinem Hund. Immer wieder blieben die Früchte einer Klettenpflanze im Fell des Tiers hängen und waren nur schwer wieder herauszukriegen. Als Mestral sie sich zu Hause unter dem Mikroskop genauer ansah, entdeckte er kleine Widerhaken an dem Samen. Mit ihrer Hilfe sorgt die Pflanze dafür, dass Tiere sie mit sich tragen und verbreiten. Der Ingenieur entwickelte aus diesem Prinzip den Klettverschluss.

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Klettverschluss

Angeblich kam dem Schweizer Ingenieur Georges de Mestral die Idee im Jahr 1941 bei einem Spaziergang mit seinem Hund. Immer wieder blieben die Früchte einer Klettenpflanze im Fell des Tiers hängen und waren nur schwer wieder herauszukriegen. Als Mestral sie sich zu Hause unter dem Mikroskop genauer ansah, entdeckte er kleine Widerhaken an dem Samen. Mit ihrer Hilfe sorgt die Pflanze dafür, dass Tiere sie mit sich tragen und verbreiten. Der Ingenieur entwickelte aus diesem Prinzip den Klettverschluss. © Arno Burgi

Tintenfische sind wahre Multi-Talente. Ihre Arme sind weich und biegsam, sie können sie verlängern und zusammenziehen und trotzdem bringen sie ganz ohne Knochen eine enorme Kraft auf. Kein Wunder, dass Ingenieure diese „weiche Robotik“ gerne nachahmen würden. Gelungen ist ihnen das bislang mit den Saugnäpfen der Tintenfische. Mit ihnen können sich die Tiere auf nassen Oberflächen gut festhalten. Ähnlich klappt das bei Halterungen im Bad oder mit dem Navigationsgerät im Auto an der Windschutzscheibe.

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Saugnäpfe

Tintenfische sind wahre Multi-Talente. Ihre Arme sind weich und biegsam, sie können sie verlängern und zusammenziehen und trotzdem bringen sie ganz ohne Knochen eine enorme Kraft auf. Kein Wunder, dass Ingenieure diese „weiche Robotik“ gerne nachahmen würden. Gelungen ist ihnen das bislang mit den Saugnäpfen der Tintenfische. Mit ihnen können sich die Tiere auf nassen Oberflächen gut festhalten. Ähnlich klappt das bei Halterungen im Bad oder mit dem Navigationsgerät im Auto an der Windschutzscheibe. © epa Keystone Kefalas

Leicht und trotzdem reißfest: Das zeichnet Spinnenfäden aus – und macht sie vielseitig einsetzbar. Wissenschaftler aus Bayreuth und Erlangen arbeiten daran, Herzgewebe aus einem Gerüst aus Spinnenseide zu züchten. Das Material ist biologisch abbaubar und steril, damit sich in der Natur im Spinnennetz keine Bakterien oder Pilze ansiedeln. Die Bayreuther Forscher beschichten auch Brustimplantate mit Seidenproteinen statt Silikon, weil das verträglicher für den Körper sein soll. Der Sportartikelhersteller Adidas entwickelt nachhaltige Schuhe aus dem Material.

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Spinnenseide

Leicht und trotzdem reißfest: Das zeichnet Spinnenfäden aus – und macht sie vielseitig einsetzbar. Wissenschaftler aus Bayreuth und Erlangen arbeiten daran, Herzgewebe aus einem Gerüst aus Spinnenseide zu züchten. Das Material ist biologisch abbaubar und steril, damit sich in der Natur im Spinnennetz keine Bakterien oder Pilze ansiedeln. Die Bayreuther Forscher beschichten auch Brustimplantate mit Seidenproteinen statt Silikon, weil das verträglicher für den Körper sein soll. Der Sportartikelhersteller Adidas entwickelt nachhaltige Schuhe aus dem Material.