Bionik: Was die Technik von Pflanzen lernen kann

Kraken besitzen unzählige Saugnäpfe, mit denen sie gezielt Unterdruck erzeugen können. Lotusblätter verschmutzen nicht, Wasser perlt einfach von ihnen ab. Und die besondere Hautstruktur von Haien lässt sie mühelos durch die Meere gleiten. All diese Phänomene sind clevere Lösungen der Natur, die im Laufe der Evolution über tausende von Jahren entstanden sind.

Für den Menschen stellt die Natur so eine reichhaltige Schatzkiste dar, deren Eigenarten und Verhaltensweisen entschlüsselt und technisch umgesetzt werden können. Der Wissenschaftszweig, der sich damit beschäftigt, heißt Bionik. Die Bezeichnung setzt sich zusammen aus den Begriffen "Biologie" und "Technik".

Großes Potenzial

In den vergangenen Jahren ist Deutschland zu einem der Vorreiter der bionischen Forschung geworden. Bionischen Entwicklungen wird ein großes Potenzial bei der nachhaltigen Gestaltung von Technik zugeschrieben. Um jedoch die Konzepte der Natur auf Probleme unseres Alltags anwenden zu können, ist erst einmal ein grundlegendes Verständnis der Biodiversität, also der Artenvielfalt, und der komplexen Zusammenhänge innerhalb dieser Vielfalt notwendig. Einen entscheidenden Beitrag für dieses Verständnis liefern die Botanischen Gärten Deutschlands, die sich der Erhaltung und Erforschung der Artenvielfalt verschrieben haben und seit vielen Jahren Zentren der bionischen Forschung in Deutschland sind.

Mit der achten "Woche der Botanischen Gärten" soll auf diese Tatsache aufmerksam gemacht werden. 35 Botanische Gärten in ganz Deutschland zeigen aus diesem Anlass die Ausstellung "Bionik – von Pflanzen lernen für die Technik" mit zahlreichen Fakten zur Bionik sowie einem Lehrpfad zum Thema.

Eine alte Wissenschaft

Obwohl Erkenntnisse der Bionik gerade in jüngster Vergangenheit für Schlagzeilen sorgten – etwa bei der Entwicklung neuartiger Prothesen – ist sie streng genommen doch eine alte Wissenschaft: So konstruierten der griechischen Mythologie zufolge schon Dädalus und Ikarus Flügel nach dem Vorbild der Natur, umso ihrer Gefangenschaft auf der Insel Kreta zu entfliehen. Der Sage nach ein Experiment mit tödlichem Ausgang, denn Ikarus kam mit seinen Flügeln der Sonne zu nahe, das Wachs, mit dem die Federn der Flügel befestigt waren, schmolz und Ikarus stürzte ins Meer.

Bionik

Vorbilder aus der Trickkiste der Natur

Ob Saugnäpfe, Wasserfahrzeuge oder Flugmaschinen: In unzähligen Bereichen bedienen sich Wissenschaftler und Erfinder schlauer Vorbilder aus der Natur. Bionik heißt dieser Forschungszweig, der älter ist, als man meinen könnte. [spezial]

Fernab der griechischen Mythologie gibt es weitere Beispiele für Bioniker in der Geschichte: So schauten auch das italienische Universalgenie Leonardo da Vinci und der deutsche Luftfahrtpionier Otto Lilienthal der Natur über die Schulter und der österreich-ungarische Botaniker Raoul Heinrich Francé entwarf nach dem Vorbild einer Mohnkapsel eine Erfindung, die heute so gut wie jeder Mensch schon einmal in der Hand gehabt dürfte: den Salzstreuer.

Das immer saubere Blatt

Klassiker der Bionik: der Lotus-Effekt

Der Klassiker der Bionik ist allerdings der Lotus-Effekt: Die Blätter der Lotuspflanze sind tatsächlich ein kleines Meisterwerk der Natur. Sie sind von winzigen Wachsspitzen überzogen, die gerade einmal 10-20 tausendstel Millimeter groß sind. Wachs ist bekanntermaßen wasserabweisend – tropft Wasser auf ein Lotusblatt, bilden sich kleine Wasserkügelchen, die auf der Wachsoberfläche abrollen und dabei gleich auch noch Schmutzpartikel mitnehmen. Deswegen ist das Lotusblatt immer sauber.

Dieser Effekt wird mittlerweile bei Ziegeln, Glas, Waschbecken und sogar Wandfarbe angewandt. Allerdings sind die dem Lotusblatt nachempfundenen Oberflächen alle sehr empfindlich, der Lotus-Effekt nutzt sich mit der Zeit ab – anders als in der Natur, wo die besondere Struktur des Blattes immer wieder nachwächst.

Selbstheilung bei Pflanzen

Eine selbstheilende Pflanze als Vorbild

Ein anderes Beispiel für den Einsatz von Erkenntnissen der Bionik sind selbstreparierende Schaumbeschichtungen. Vorbild dafür war die Pfeifenwinde. Diese lianenartige Pflanze ist in der Lage, Verletzungen, die im Wachstum durch Risse entstehen, selbst zu heilen. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren die Schaumbeschichtungen, die pneumatischen Konstruktionen ummanteln. Diese kommen etwa bei Brücken zum Einsatz, die mit Luftdruck stabilisiert werden.

Diese selbstreparierenden Schaumbeschichtungen oder eben Produkte mit Lotus-Effekt sind nur zwei Beispiele für Erfindungen, die nach schlauen Vorbildern aus der Natur entwickelt wurden. Andere Beispiele finden sich in der Robotik, der Medizin sowie der Luft- und Raumfahrt. Diese Vielfalt macht die Bionik zu so einem spannenden und breiten Forschungsfeld – einen Einblick darin bietet die Woche der Botanischen Gärten.