Natur und Technik

Faszination Bionik: Die Natur als Vorbild

Leonardo da Vinci studierte die Vögel und ihre Flugfähigkeit: Ihm schwebte vor, anhand ihres Beispiels Flugmaschinen für die Menschen zu bauen. Somit gilt das Universalgenie aus dem 15. Jahrhundert als ein Pionier unter den Bionikern - auch wenn es mit der Konstruktion tatsächlich flugtauglicher Apparate noch Jahrhunderte dauern sollte.
Bionik-Pionier da Vinci
Leonardo da Vinci studierte die Vögel und ihre Flugfähigkeit: Ihm schwebte vor, anhand ihres Beispiels Flugmaschinen für die Menschen zu bauen. Somit gilt das Universalgenie aus dem 15. Jahrhundert als ein Pionier unter den Bionikern - auch wenn es mit der Konstruktion tatsächlich flugtauglicher Apparate noch Jahrhunderte dauern sollte.
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Heute ist der Mensch immer besser dazu in der Lage, die Tier- und Pflanzenwelt buchstäblich unter die Lupe zu nehmen und sich ihre Tricks technisch anzuverwandeln. Im Wort "Bionik" verbinden sich "Biologie" und "Technik" zu einem interdisziplinären Forschungs- und Entwicklungsfeld, von dem zum Beispiel Materialtechnik, Bau- und Fahrzeugindustrie profitieren.
Wo sich Natur und Technik die Hand reichen
Heute ist der Mensch immer besser dazu in der Lage, die Tier- und Pflanzenwelt buchstäblich unter die Lupe zu nehmen und sich ihre Tricks technisch anzuverwandeln. Im Wort "Bionik" verbinden sich "Biologie" und "Technik" zu einem interdisziplinären Forschungs- und Entwicklungsfeld, von dem zum Beispiel Materialtechnik, Bau- und Fahrzeugindustrie profitieren.
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Berühmtes Beispiel dafür, was Bionik ausmacht, ist der Lotus-Effekt. Aufgrund eines besonderen Phänomens steht diese Blume in asiatischen Kulturen für Reinheit: Denn an der Wasserpflanze bleibt kein Schmutz haften. Lange hat es gedauert, ehe Forscher ihrem Geheimnis der Selbstreinigung auf die Spur kamen.
Das Geheimnis der Lotusblume
Berühmtes Beispiel dafür, was Bionik ausmacht, ist der Lotus-Effekt. Aufgrund eines besonderen Phänomens steht diese Blume in asiatischen Kulturen für Reinheit: Denn an der Wasserpflanze bleibt kein Schmutz haften. Lange hat es gedauert, ehe Forscher ihrem Geheimnis der Selbstreinigung auf die Spur kamen.
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Es liegt im Bauplan ihrer Oberfläche. Die Lotuspflanze ist von kleinen wächsernen Noppen überzogen. Auf einem solchen Untergrund kann Schmutz nicht haften. Darüber hinaus hat diese Beschaffenheit zur Folge, dass Wasser nicht in Rinnsalen an den Blättern herab läuft, sondern in Form von Perlen. Beim Herunterkullern nehmen die Tropfen auch noch kleinste Verunreinigungen mit.
Tropfen statt Rinnsal
Es liegt im Bauplan ihrer Oberfläche. Die Lotuspflanze ist von kleinen wächsernen Noppen überzogen. Auf einem solchen Untergrund kann Schmutz nicht haften. Darüber hinaus hat diese Beschaffenheit zur Folge, dass Wasser nicht in Rinnsalen an den Blättern herab läuft, sondern in Form von Perlen. Beim Herunterkullern nehmen die Tropfen auch noch kleinste Verunreinigungen mit.
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Dank der Rasterelektronenmikroskopie konnte der Botaniker und Bioniker Wilhelm Barthlott in den 70-ern diese geniale Oberflächenkonstruktion entdecken und in den 90-ern zum Patent anmelden. Bei der Lackierung von Autos oder der Verkleidung von Fassaden kommt ihre technische Umsetzung zur Anwendung.
Lotus-Effekt in der Industrie
Dank der Rasterelektronenmikroskopie konnte der Botaniker und Bioniker Wilhelm Barthlott in den 70-ern diese geniale Oberflächenkonstruktion entdecken und in den 90-ern zum Patent anmelden. Bei der Lackierung von Autos oder der Verkleidung von Fassaden kommt ihre technische Umsetzung zur Anwendung.
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Der Saugnapf kommt in der Natur vielfach vor, insbesondere in der Unterwasserwelt, wie beim Oktopus. Lange tüftelten die Menschen daran herum, die flexiblen Näpfe nachzubilden, die mithilfe von Unterdruck fest haften.
Wunderwerk Krakenarm
Der Saugnapf kommt in der Natur vielfach vor, insbesondere in der Unterwasserwelt, wie beim Oktopus. Lange tüftelten die Menschen daran herum, die flexiblen Näpfe nachzubilden, die mithilfe von Unterdruck fest haften.
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Flexibles Material wie Kunststoff macht den Saugnapf heute zum allgegenwärtigen Alltagshelfer, sowohl im Kleinformat in Privathaushalten als auch in größeren Dimensionen in der Industrie.
Alltagshelfer Saugnapf
Flexibles Material wie Kunststoff macht den Saugnapf heute zum allgegenwärtigen Alltagshelfer, sowohl im Kleinformat in Privathaushalten als auch in größeren Dimensionen in der Industrie.
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Verschiedene Haftsysteme lassen sich in der Natur beobachten. Der Gecko zum Beispiel kann ganz ohne Saugnäpfe oder klebende Substanzen an Wänden entlang und sogar an Zimmerdecken herumlaufen, ohne abzustürzen.
Haftende Geckofüßchen
Verschiedene Haftsysteme lassen sich in der Natur beobachten. Der Gecko zum Beispiel kann ganz ohne Saugnäpfe oder klebende Substanzen an Wänden entlang und sogar an Zimmerdecken herumlaufen, ohne abzustürzen.
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Unter dem Mikroskop offenbart sich der komplexe Bauplan der Geckofüßchen: Er sieht eine bestimmte Anordnung zahlreicher Lamellen vor und hunderttausende, insbesondere spatenförmige Härchen, die für schwache molekulare Anziehungskräfte sorgen. Nach diesem Vorbild konnten Bioniker an der Kieler Universität ein sehr starkes Klebeband entwickeln: das sogenannte Gecko-Tape.
Lamellen und Härchen
Unter dem Mikroskop offenbart sich der komplexe Bauplan der Geckofüßchen: Er sieht eine bestimmte Anordnung zahlreicher Lamellen vor und hunderttausende, insbesondere spatenförmige Härchen, die für schwache molekulare Anziehungskräfte sorgen. Nach diesem Vorbild konnten Bioniker an der Kieler Universität ein sehr starkes Klebeband entwickeln: das sogenannte Gecko-Tape.
© iStock/adogslifephoto
Für Georges de Mestral waren die Klettenfrüchte im Fell seines Hundes, die er nach Spaziergängen herausfummeln musste, nicht nur eine lästige Begleiterscheinung, sondern in erster Linie Inspiration. 1951 meldete der Ingenieur aus der Schweiz den Klettverschluss zum Patent an.
Zuverlässig haftende Pflanzen
Für Georges de Mestral waren die Klettenfrüchte im Fell seines Hundes, die er nach Spaziergängen herausfummeln musste, nicht nur eine lästige Begleiterscheinung, sondern in erster Linie Inspiration. 1951 meldete der Ingenieur aus der Schweiz den Klettverschluss zum Patent an.
© iStock/huettenhoelscher
Das Zusammenspiel von biegsamen Häkchen und Schlaufen aus weicherem Material, die sich immer wieder fest zusammenfügen und auseinander ziehen lassen, faszinierte den Erfinder. Sein Klettverschluss trug ursprünglich den Namen "Velcro", aus "velours" und "crochets" (Französisch für Samt und Häkchen). Er ist heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken.
Klettverschluss ist ein Muss
Das Zusammenspiel von biegsamen Häkchen und Schlaufen aus weicherem Material, die sich immer wieder fest zusammenfügen und auseinander ziehen lassen, faszinierte den Erfinder. Sein Klettverschluss trug ursprünglich den Namen "Velcro", aus "velours" und "crochets" (Französisch für Samt und Häkchen). Er ist heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken.
© iStock/valio84sl
Von wem könnte man sich in Sachen Geschwindigkeit, Wendigkeit und Bremsverhalten mehr abschauen als von der schnellsten Raubkatze der Welt? Auch bei diesem Tier steckt das Geheimnis in der Konstruktion der Pfoten: Rennt der Gepard, dann auf schlankem Fuß. Beim Bremsen dagegen macht sich die Tatze breit.
Geparden auf schlankem Fuß
Von wem könnte man sich in Sachen Geschwindigkeit, Wendigkeit und Bremsverhalten mehr abschauen als von der schnellsten Raubkatze der Welt? Auch bei diesem Tier steckt das Geheimnis in der Konstruktion der Pfoten: Rennt der Gepard, dann auf schlankem Fuß. Beim Bremsen dagegen macht sich die Tatze breit.
© iStock/Mark Beckwith
Je nach Anforderung reagiert die Katzentatze mit kleinerer oder größerer Reibungsfläche. Nach diesem Prinzip wurde der ContiPremiumContact ausgetüftelt: ein Autoreifen. Indem er rollt, wie ein Gepard läuft, bleibt der Tank länger voll und der Bremsweg ist kürzer.
Auf samtenen Reifen
Je nach Anforderung reagiert die Katzentatze mit kleinerer oder größerer Reibungsfläche. Nach diesem Prinzip wurde der ContiPremiumContact ausgetüftelt: ein Autoreifen. Indem er rollt, wie ein Gepard läuft, bleibt der Tank länger voll und der Bremsweg ist kürzer.
© iStock/Ohoho
Nicht nur aufgrund seiner stromlinienförmigen Statur gehört der Hai zu den schnellsten Lebewesen im Ozean. Einem anderen Faktor kommt man erneut nur mithilfe eines Mikroskops auf die Spur ...
Clever gebaut, die Haifischhaut
Nicht nur aufgrund seiner stromlinienförmigen Statur gehört der Hai zu den schnellsten Lebewesen im Ozean. Einem anderen Faktor kommt man erneut nur mithilfe eines Mikroskops auf die Spur ...
© iStock/Alessandro De Maddalena
Er ist in der Haut des Hais zu finden. Sie ist überzogen von Längsrillen. Durch diese besondere Struktur muss der Hai weniger Reibungswiderstand überwinden, wenn er sich im Wasser fortbewegt. Dadurch spart er Kraft.
Haifischhautstruktur
Er ist in der Haut des Hais zu finden. Sie ist überzogen von Längsrillen. Durch diese besondere Struktur muss der Hai weniger Reibungswiderstand überwinden, wenn er sich im Wasser fortbewegt. Dadurch spart er Kraft.
© iStock/LeMusique
Der sogenannte Shark Skin Effekt oder Riblet Effekt soll vor allem bei Schiffen zum Einsatz kommen und Ersparnis beim Kraftstoff bringen. Im Schwimmsport hat er sich bei der Verwendung für Schwimmanzüge schon bewährt.
Shark Skin Effekt
Der sogenannte Shark Skin Effekt oder Riblet Effekt soll vor allem bei Schiffen zum Einsatz kommen und Ersparnis beim Kraftstoff bringen. Im Schwimmsport hat er sich bei der Verwendung für Schwimmanzüge schon bewährt.
© iStock / hxdbzxy
Das erste Patent aus dem Bereich der Bionik, das in Deutschland angemeldet wurde und als solches gilt, hatte diesen Teil einer Pflanze zum Vorbild: die Mohnkapsel. Raoul Heinrich Francé, einer der ersten Bioniker, entdeckte ihre Streufähigkeit dank kleiner Löcher und machte 1919 seine Erfindung amtlich ...
Mohnkapsel mit Streuvorrichtung
Das erste Patent aus dem Bereich der Bionik, das in Deutschland angemeldet wurde und als solches gilt, hatte diesen Teil einer Pflanze zum Vorbild: die Mohnkapsel. Raoul Heinrich Francé, einer der ersten Bioniker, entdeckte ihre Streufähigkeit dank kleiner Löcher und machte 1919 seine Erfindung amtlich ...
© iStock/lily_rochha
Ein besonderer Streuer wurde beim Deutschen Patentamt eingetragen, zum Beispiel für Gewürze oder Medikamente. Daraus wurde in leicht veränderter Form der Salzstreuer, der heute bei fast allen Mahlzeiten mit auf dem Tisch steht.
Salzstreuer dank Bionik
Ein besonderer Streuer wurde beim Deutschen Patentamt eingetragen, zum Beispiel für Gewürze oder Medikamente. Daraus wurde in leicht veränderter Form der Salzstreuer, der heute bei fast allen Mahlzeiten mit auf dem Tisch steht.
© iStock/Piotr Wytrazek

20.04.2024 von SWYRL/Petra Esselmann

Warum die Reifenindustrie sich für Raubkatzenpfoten interessiert und wie die Sohlen des Geckos zum Vorbild für ein ganz besonderes Klebeband wurden. Die perfekten Baupläne der Natur zu entschlüsseln, macht raffinierte technische Neuerungen möglich.

Niemand kann sagen, ob je ein Vertreter der Spezies Homo sapiens ein so einfaches wie geniales System wie den Klettverschluss hätte ersinnen können, ohne von der Natur dazu inspiriert worden zu sein. Fest steht, dass der Mensch aber clever genug ist, seine natürliche Umgebung immer besser zu erforschen, um sich Baupläne und Kniffe zum Vorbild für technische Entwicklungen zu nehmen, wie eindrucksvolle Beispiele aus dem Bereich der Bionik zeigen.

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