Biomechanik Frag den Baum

Er entwickelte Software, mit der sich Bauteile nach dem Vorbild der Natur optimieren lassen. Heute braucht Claus Mattheck keinen Computer mehr. Es reichen – sagt er – Geodreieck und Stift.

Wer einen Termin bei Claus Mattheck hat, der sollte nur gesund zu dem Treffen anreisen. Auf keinen Fall will sich der Wissenschaftler bei verschnupften Besuchern anstecken. Er ist mit Vorträgen ausgebucht, ein Ausfall wäre katastrophal. Unzuverlässigkeit ist dem 60-Jährigen verhasst. Vor längeren Fahrten bringt er lieber noch schnell das Auto in die Inspektion, um keine Panne zu riskieren.

Mattheck ist Schadenskundler – auf Nummer sicher zu gehen ist sein Job. Am Forschungsinstitut Karlsruhe untersucht er beispielsweise, warum Rohre reißen, Schrauben brechen oder Bäume umfallen. Mattheck leitet die Abteilung für Biomechanik am Institut für Materialforschung II. Seit zwei Jahrzehnten erforscht er dort biologische Konstruktionen wie Bäume und Knochen und versucht daraus Lehren für die Stabilität technischer Strukturen zu ziehen.

Große Aufmerksamkeit weckte er vor Jahren mit seiner Baumdiagnose-Methode, dem Visual Tree Assessment (VTA). Statt das Gefahrenpotenzial eines Baumes durch aufwendige Verfahren wie Zugversuche zu bestimmen, behauptete Mattheck, er müsse Bäume nur scharf ansehen, um gleichsam ihre Körpersprache zu lesen und innere Defekte zu erkennen. Er entwickelte Kriterien für die Vorhersage von Brüchen und sogar tragbare Messgeräte. Seine Methode ist in der Branche seit Jahren umstritten, allerdings weit über die Grenzen Deutschlands verbreitet.

Dabei ist die Baumdiagnose eher ein Nebenjob für den Forscher. Sein Hauptaugenmerk gilt dem nachhaltigen Konstruieren nach dem Vorbild der Natur. Mattheck entwickelte Computerprogramme, mit denen sich Bauteile nach dem Vorbild von Bäumen und Knochen konstruieren lassen. Optimierte Bauteile dieser Art finden sich etwa in Autos, Pumpen oder Implantaten.

Zahlreiche Wissenschaftspreise hat der 60-Jährige gewonnen, zuletzt 2003 den Deutschen Umweltpreis für sein bisheriges Lebenswerk. Doch den »größten Durchbruch« seiner Karriere hat er erst vor Kurzem erlebt. Mit seinen PC-Programmen war Mattheck nämlich nicht mehr zufrieden. »Das ist etwas für Ingenieurseliten und Unternehmen, die Lizenzen kaufen können«, sagt er. »Aber nichts für kleine Betriebe und das Handwerk.«

Denen soll nun seine jüngste Entwicklung zugute kommen. Mattheck will seine Erkenntnisse über bruchsicheres Design mit möglichst vielen teilen. Auf dem Weg zu einer »Volksmechanik« entwickelte er eine Taschenrechnerformel, mit der sich fiese potenzielle Bruchstellen vermeiden und optimale Formen ohne PC errechnen lassen. Weil das für eine breitestmögliche Anwendung immer noch zu kompliziert war, hat er vor zwei Jahren die »Methode der Zugdreiecke« erfunden, ein rein grafisches Verfahren, mit dem selbst mathematikscheue Designer die Bruchgefahr ihrer Produkte entschärfen können.

Abgeguckt hat er sich den Trick wieder bei den Bäumen. Denn auch die müssen das Problem lösen, wie sie scharfe Kerben vermeiden. Wie Mattheck in seinem Buch Die verborgenen Gestaltgesetze der Natur beschreibt, füllen Baumstämme ihre (eigentlich rechten) Winkel zur Erdoberfläche mit Wurzelanlauf und flachen sie dadurch ab. Auf ähnliche Weise entschärft er potenzielle Bruchstellen, indem er sie mit immer flacher werdenden Dreiecken auskleidet.

Dank dieser »Naturkonstante«, so Mattheck, könnten nun Designer ohne aufwendige Programme optimale Formen erschaffen. Mit den Dreiecken ließen sich Bauteile dort verstärken, wo die Spannung hoch ist, und dort schrumpfen, wo die Last gering ist – und das allein mit Hilfe von Bleistift und Geodreieck.

Ist der Mann ein Wichtigtuer oder gar ein Spinner? In der Gießerei Mettmann von Georg Fischer Automotive entwerfen die Ingenieure mit Hilfe der Zugdreiecke beispielsweise Achsteile für Volkswagen und Daimler. Der Sägenhersteller Stihl hat schon so manche Kurbelwelle auf diese Weise formoptimiert, und dem Medizintechnikspezialisten Aesculap helfen die Dreiecke unter anderem bei besonders verzwickten Implantatgeometrien weiter. »Genial einfach«, lautet das Fazit von Wilhelm Blömer, Forschungsleiter bei Aesculap für den Bereich Orthopädie/Wirbelsäule. Was früher am PC Tage dauerte, geht jetzt in Minuten. Und unter den Ingenieuren des Automobilzulieferers Huf, Hülsbeck & Fürst ist »nach Mattheck optimiert« schon eine feste Redewendung.

Wie sehr der Wissenschaftler auf Einfachheit schwört, verraten seine Lehrbücher, die ungewöhnlich unterhaltsam sind. Statt sperriger Formeln füllen eingängige Buntstiftzeichnungen die Seiten. Hier haben die Bäume Augen, aus denen auch mal eine Träne den Stamm hinunterrinnt. Hin und wieder bekommt der Leser von Stupsi, einem Comic-Igel, oder Pauli, einem Bären, erklärt, wie etwa Zug- und Druckspannungen wirken, warum sich Bauteile verformen oder was Pilze über einen Baum verraten. »Es ist ja nicht so, dass Ingenieure kein Herz hätten«, sagt der Zeichner.

In Matthecks Kellerbüro reichen die Regale vom Boden bis zur Decke, unzählige Baumstümpfe, ausgesägte Stammscheiben und zerborstene Äste lagern hier neben einem Antilopengeweih und einer Schädelsammlung vom Puma bis zum Warzenschwein. Sein Lieblingsholzstück kann Mattheck gerade nicht finden. »Manchmal sind Fernsehteams hier unten, die bringen dann alles etwas durcheinander«, erklärt er. Die Medien lieben den Mann mit der Prinz-Eisenherz-Frisur und der John-Lennon-Brille. In seinem dunklen Ziegenlederanzug und den Stiefeln wirkt er wie der Held eines Abenteuerfilms.

Wenn andere an seinen Lippen hängen, dreht Mattheck auf, egal, ob er vor Ingenieuren über gefährliche Bauteil-Kerben spricht oder Baumpfleger die Körpersprache der Bäume lehrt. Bei seinen Vortragsreisen, die ihn bis nach Singapur oder in die USA führen, kann er vor Euphorie oft gar nichts essen, trinkt nur schwarzen Tee mit Zucker. »Wenn er bei uns vorträgt, sind die Hörsäle so voll, dass die Leute auf den Stufen sitzen«, erzählt Thomas Speck, Vorstandsmitglied des Kompetenznetzwerks Biokon. Auch die Mitglieder der Bundesvereinigung der Prüfingenieure für Bautechnik, vor denen Mattheck kürzlich referierte, waren begeistert. »Er nimmt einen so ein, dass man ihn am Ende umarmen möchte«, sagt der Geschäftsführer, Manfred Tiedemann.

Dieses Bedürfnis teilt nicht jeder. »Ich habe glühende Verehrer, aber auch hasserfüllt anmutende Feinde«, weiß Mattheck selbst. Etwa unter den Baumdiagnostikern, die jahrelang über die VTA-Methode stritten. Einige etablierte Gutachter stellten den Sachverstand des Quereinsteigers infrage, bis heute schwelt der Methodenstreit. Spricht man mit Experten über den Disput, wollen manche am liebsten gar nichts dazu sagen. »In dem Moment, in dem Sie an Professor Mattheck Kritik üben, droht die Gefahr, mit Schreiben von Anwälten überzogen zu werden«, erklärt Hans-Joachim Schulz von der Forschungsgesellschaft Landschaftentwicklung Landschaftbau (FLL).

Mit Konflikten hat Mattheck Erfahrung: Ab 1974 verbrachte der gebürtige Dresdner nach einem missglückten Fluchtversuch zwei Jahre in einem Cottbusser Gefängnis. Vor die Wahl gestellt, sich entweder der »verlogenen Mischpoke« unterzuordnen und zur Förderung seiner Physikerkarriere in die SED einzutreten oder seine Laborausrüstung weiterhin auf dem Schrottplatz zusammenzusuchen, entschied sich Mattheck für die Flucht. »Für meine Persönlichkeit war die Knastzeit sehr gut«, sagt er. »Zu sehen, welche Kräfte man entfalten kann, wenn man sich allein gegen einen Unrechtsstaat stellt, hat mir später geholfen.«

Mattheck wurde schließlich freigekauft. Doch die Isolation im Gefängnis hat seine Arbeitsweise geprägt. Er versenkt sich nicht endlos in Literatur, beäugt auch nicht ständig Konkurrenten. Inspiration findet er in der Natur. Wenn er von deren Gestaltgesetzen erzählt, fällt er manchmal in einen geheimnisvollen, fast verschwörerischen Ton. Selbst an Steilküsten, schwimmenden Eisbergen und Erdpyramiden hat er Erosionsmuster erkannt, die sich mit seiner Zugdreiecksmethode nachempfinden lassen. Angesichts dieses scheinbar universellen Bauplans der Natur seien ihm sogar schon »religiöse Gedanken« gekommen. Der Mann will noch hoch hinaus.