Bionik: intelligent abgeguckt!
Mittwoch, 24 Januar 2018
Wissenschaftler und Ingenieure lassen sich gerne von Tieren und Pflanzen inspirieren. So zeichnete der Erfinder Leonardo da Vinci schon vor über 500 Jahren eine Art Flugzeug-Prototyp, der sehr stark an einen Vogel erinnert. Und die Form eines U-Boots ähnelt nicht zufällig dem Körper eines Fischs oder Pinguins. Tiere und Pflanzen sind seit Jahrmillionen ständig dem Druck ausgesetzt, sich optimal an ihre Umgebung anzupassen. So haben sie allerlei Tricks entwickelt, um sich so gut wie möglich zu behaupten. Wissenschaftler können sich bei ihnen noch Vieles abgucken! Die Übertragung von Naturphänomenen auf die Technik nennt man Bionik.
Energiesparender Hai
Tiere fressen, um Energie aufzunehmen. Da Nahrung in der Natur häufig knapp ist, gehen sie für gewöhnlich sehr sparsam mit Energie um. Viele Arten haben einen Weg gefunden, sich möglichst energieeffizient zu bewegen. Tiere aus der Familie der Pferde beispielsweise „schalten“ in einen anderen Gang, wenn es energetisch effizienter ist, sich schneller oder langsamer zu bewegen. Bei der Fortbewegung in der Luft und im Wasser können Wirbel hinderlich sein und müssen deshalb nach Möglichkeit vermieden werden. Haie haben auf ihrer Haut schuppenartige Hautzähnchen, durch die sich die Haut wie Schmirgelpapier anfühlt. Die Hautzähne senken den Reibungswiderstand beim Schwimmen. In Kombination mit der Flexibilität der Haut ist die Schwimmgeschwindigkeit dadurch ganze zwölf Prozent höher als sie es mit glatter Haihaut wäre. Das fand man bei Labortests mit präparierter Haifischhaut heraus.
Tiere fressen, um Energie aufzunehmen. Da Nahrung in der Natur häufig knapp ist, gehen sie für gewöhnlich sehr sparsam mit Energie um. Viele Arten haben einen Weg gefunden, sich möglichst energieeffizient zu bewegen. Tiere aus der Familie der Pferde beispielsweise „schalten“ in einen anderen Gang, wenn es energetisch effizienter ist, sich schneller oder langsamer zu bewegen. Bei der Fortbewegung in der Luft und im Wasser können Wirbel hinderlich sein und müssen deshalb nach Möglichkeit vermieden werden. Haie haben auf ihrer Haut schuppenartige Hautzähnchen, durch die sich die Haut wie Schmirgelpapier anfühlt. Die Hautzähne senken den Reibungswiderstand beim Schwimmen. In Kombination mit der Flexibilität der Haut ist die Schwimmgeschwindigkeit dadurch ganze zwölf Prozent höher als sie es mit glatter Haihaut wäre. Das fand man bei Labortests mit präparierter Haifischhaut heraus.
Haihaut in der Welt der Menschen
Zwölf Prozent schneller oder eine dementsprechende Energieeinsparung – das klingt natürlich auch in den Ohren von Ingenieuren und Sportlern wie Musik! So hat man spezielle Badeanzüge entworfen, die in ihrer Mikrostruktur der Haifischhaut nachempfunden sind und auf diese Weise den Reibungswiderstand senken. Nachdem ein solcher Badeanzug 1998 eingeführt worden war, wurden schon bald mehrere Geschwindigkeitsrekorde gebrochen. Aber bei den vergangenen Olympischen Spielen waren im Stadion keine Haihaut-Schwimmanzüge mehr zu bewundern. Vor zwei Jahren nämlich hat der Weltschwimmverband das Tragen dieser Badekleidung für Wettkämpfe verboten. Das Argument war, dass die Leistung des Schwimmers und nicht seine Badebekleidung im Vordergrund stehen sollte. In der Schifffahrt hat man diesbezüglich weniger Bedenken. Darum wurden Farben und Unterwasserbeschichtungen mit Haihautstruktur entwickelt, mit denen sich beträchtliche Treibstoffeinsparungen realisieren lassen sollen.
Flügelfinger
Viele größere Vogelarten wie Adler und Geier haben an den Flügelenden leicht nach oben stehende, fächerförmige Handschwingen. Dadurch lassen sich störende Luftwirbel verhindern. Im Flugzeugbau hat man sich mit diesen „Fingern“ an den Flügelenden auseinandergesetzt. So hielt bei einigen Flugzeugtypen eine ähnliche Konstruktion Einzug: das Winglet, ein nach oben stehendes Ende der Flugzeugtragfläche. Mit dessen Hilfe fliegt das Flugzeug effizienter, zumindest wenn es nicht zu schnell unterwegs ist. Denn bei hoher Geschwindigkeit verursacht ein Winglet zusätzlichen Widerstand. In diesem Punkt – wir sprechen von Fluggeschwindigkeiten von 800 Stundenkilometern – ist jedoch ein Flugzeug auch nicht mehr mit einem Vogel zu vergleichen.
Kofferfisch-Auto
Die Knochenplättchen des Kofferfischs sind zu einem Panzer zusammengewachsen, der große Sicherheit bietet. Allerdings ist dieser Panzer keine schwere Konstruktion, denn der Kofferfisch muss behände durch ein Korallenriff manövrieren können. Dies inspirierte Autobauer zu einem Fahrzeug, dessen Form an den niedlichen Kofferfisch erinnert. Anders als der erste Eindruck vermuten lässt, ist die leicht modifizierte Kofferfischform besonders windschnittig, hat also einen sehr geringen Luftwiderstand. Das Auto fährt dementsprechend sparsam. Durch die Nachahmung der bionischen Struktur des Fischpanzers erhöht sich die Stabilität der Karosserie um bis zu ca. 40 Prozent. Leider ist dieses Kofferfisch-Auto nur ein Testmodell, sodass wir diese Erfindung vorläufig noch nicht im Straßenbild entdecken werden.
Sauberer Lotus
Auch die Lotuspflanze – in Burgers’ Bush an der Reisterrasse zu sehen – stand Modell für eine technische Innovation. Schmutz und Wasser haben dank mikroskopisch kleiner Erhebungen auf der Blattoberfläche keine Haftung. Diese Methode macht man sich bereits für Wandfarbe und in Zukunft wahrscheinlich auch für Autolacke zunutze.
Biegsamer, starker Rüssel
Ohne Knochen, aber mit nicht weniger als vierzigtausend Muskeln ist der Rüssel des Elefanten ein großartiges Werkzeug! Ein Rüssel ist sehr beweglich, aber zugleich auch sehr stark. Ingenieure haben kürzlich einen Roboterarm entworfen, der große Ähnlichkeit mit einem Elefantenrüssel aufweist.
Bionik reist durch die Schulen
Im Rahmen des Arnheimer Stadtfestes „Energeticcity 2050“ hat Burgers’ Zoo eine große interaktive Tafel zum Thema Bionik erstellt. Zusammen mit anderen Tafeln, die Kinder für Naturwissenschaften begeistern sollen, wird diese in einer Wanderausstellung durch mehrere Grundschulen in Arnheim und Umgebung reisen.
