Bionik: Die Natur als Vorbild für Erfindungen und technische Neuerungen

Vom Fisch zum Auto

07.11.2006, 00:00 Uhr 07.11.2006, 00:00 Uhr Angela Grosse  

Der tropische Kofferfisch stand Pate für Bionic-Car, ein Konzeptfahrzeug von Mercedes. Details daraus könnten schon bald in Serienwagen einfließen.

Lotusblume, Delfinschnauze oder Spinnenbeine - natürliche Vorbilder regten Ingenieure oft an, technisches Neuland zu betreten. Selbstreinigende Oberflächen, wasserabweisende Stoffe, kippsichere Roboter sind nur einige Produkte, die so entstanden sind.

Auch ein Bionic-Car verdankt der Natur seine Entstehung. Pate stand der Kofferfisch, der sich in tropischen Gewässern zwischen Korallenriffen und Seegras tummelt. Denn dieser Meeresbewohner ist, obwohl er plump wirkt, strömungstechnisch optimal geformt. Ein originalgetreuer Nachbau habe, so Mercedes, im Windkanal den außergewöhnlichen niedrigen Luftwiderstandsbeiwert (cw-Wert) von 0,06 ergeben. Der fahrbereite Prototyp, in dem vier Personen mit einer Höchstgeschwindigkeit von 190 Kilometern pro Stunde und einem Verbrauch von 4,3 Liter Diesel auf 100 Kilometern fahren, hat einen cw-Wert von nur 0,19. Mit seinem ungewöhnlichen Design lässt der Bionic-Car alle anderen Fahrzeuge weit hinter sich - sie bringen es im Schnitt auf 0,3.

Die Entwickler guckten sich nicht nur die Form, sondern auch gleich noch das Bauprinzip des Korallenriffbewohners ab. Die Außenhaut des wendigen Kofferfisches besteht aus sechseckigen Knochenplättchen, die einen Panzer bilden. Mit diesem Trick ist der Fisch gut vor Verletzungen geschützt - den Ingenieuren half er, die Karosserie um ein Drittel leichter zu konstruieren, und das bei gleichbleibender Stabilität. "Wenn die Benzinpreise weiter steigen, dann rechnet es sich, dieses Auto in Serie zu bauen", meint Werner Nachtigall, Professor im Ruhestand der Uni des Saarlandes.

Der Pionier der Bionik - einer Brücke zwischen Biologie und Technik - war kürzlich auf Einladung des Deutschen Rings in Hamburg. Nachtigall hatte den Ingenieuren den Esels-Pinguin als Vorbild vorgeschlagen, denn dieser bringt es auf einem cw-Wert von nur 0,04. "Doch der war ihnen zu primitiv."

Fische standen schon häufiger Pate - meist den Bootsbauern. So entwickelte der Engländer Matthew Baker bereits 1586 eine Galeone, die größer und wendiger war als alle anderen Schiffe damals. Naturbeobachtungen bewogen ihn zur Konstruktion von Schiffsrümpfen nach dem Vorbild von Dorschkopf und Makrelenschwanz. Baker habe nicht auf ein einzelnes Tier zurückgegriffen, sondern den Schiffsrumpf aus mehreren Fischkörpern stilisiert, so Nachtigall. "Die Natur kann man nicht kopieren, man kann sich von ihr inspirieren lassen. Dann muss man genau analysieren, was von den Lösungen der Natur auf die Technik übertragbar ist. Diejenigen, die die Natur erforschen, die Biologen also, müssen sich die Mühe machen, ihre Forschungsergebnisse so darzustellen, dass Ingenieure diese in ihre technischen Systeme integrieren können", erläutert Nachtigall und fügt hinzu, dass die technische Biologie bereits viele Grundlagen aufgedeckt hat, die umgesetzt werden könnten.

Manchmal half dabei auch der Zufall mit. Nach dem Vorbild der Heckenpflanze Osage-Dorn (Maclura pomifera) konstruierte beispielsweise der US-Farmer Michael Kelly 1868 einen Stacheldraht. "Er erhielt das erste Patent auf Stacheldraht. Die Dornen des Drahtes sind exakt denen der Pflanze nachempfunden", so Nachtigall.

Der Klettverschluss ist auch so ein Produkt. Die Idee dazu kam dem Schweizer Wissenschaftler Georges de Mestral 1948, als er zum x-ten Male aus dem Fell seines Jagdhundes Kletten entfernte. Er legte die Früchte der Großen Klette (Arctium lappa) unter ein Mikroskop, und stellte fest, dass diese Früchte so gut haften, weil ihre Stacheln an der Spitze winzige elastische Häkchen tragen. Damit war die Idee vom Klettverschluss, der auf einfache Weise zwei Materialien reversibel verbindet, geboren. 1951 ließ Mestral sich seine Idee patentieren.

Der Zufall wird den Ingenieuren aber kaum helfen, komplexe Lösungen der Natur zu übertragen, die beispielsweise unseren zukünftigen Energiebedarf decken helfen. Hierzu zählt die Kunst der Pflanzen, in ihren Blättern Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln. Noch bleiben alle Versuche, die Photosynthese künstlich zu betreiben, weit hinter dem Können der Natur zurück. "Es wird viel zu wenig Energie umgewandelt, und die grünen Photozellen gehen binnen weniger Wochen kaputt", sagt Nachtigall. Dennoch sei die biologische Photovoltaik der Weg, der in 30 Jahren zur solaren Wasserstofftechnologie führen wird, davon ist der Forscher überzeugt.

Etwa 500 Bioniker gibt es weltweit, in Deutschland arbeiten fast 100 Wissenschaftler in dieser Zukunftsdisziplin. Sie haben in den vergangenen zehn Jahren viel bewegt. "Es gibt bestimmt 1000 ganz realistische Forschungs- und Entwicklungsansätze, und neben der legendären selbstreinigenden Farbe, für die die Lotuspflanze Pate stand, säubern inzwischen Rohrkrabbler Abwasserrohre, deren Gang dem Insektengang nachempfunden ist, oder Roboter laufen herum, die ihre Stabilität von den Spinnenbeinen bekamen - die Liste ist lang", sagt Nachtigall. Die Querverbindungen zwischen Biologie und Ingenieurwissenschaft zu schaffen sei eine Überlebensfrage. Denn die Natur hat für viele komplizierte Fragestellungen aus Industrie und Technik ebenso überraschende wie geniale Lösungen parat. Bionik kann helfen, diese nutzbar zu machen - der Bionic-Car zeigt es.

Informationen über den einzigen Bionik-Studiengang in Deutschland:

bionik.fbsm.hs-bremen.de/