BionikDer Trick mit dem Knick

Die Paradiesvogelblume dient als Vorbild für einen neuartigen Sonnenschutz. von Helga Rietz

Eine südafrikanische Paradiesvogelblume

Eine südafrikanische Paradiesvogelblume  |  © Chris Jackson/WPA Pool - Getty Images

Mit Scharnieren kennt Jan Knippers sich aus. Als junger Ingenieur war er mit der Konstruktion der Kieler Hörnbrücke betraut, die sich mitsamt Fahrbahn, Gehweg und den seitlichen Geländern zusammenfaltet, wenn ein Schiff passieren will. Hunderte Scharniere mussten dafür aufeinander abgestimmt werden. »Wir hatten vor Ort unsere liebe Not, bis endlich alles funktionierte«, erinnert sich Knippers, der heute Architektur an der Universität Stuttgart lehrt.

Scharniere müssen perfekt zusammenspielen, auch bei starkem Wind, Schnee oder Eis. Staub und Schmutz gefährden die Gelenke. Und die neuralgischen Punkte der Konstruktion müssen viel Spannung und Reibung aushalten.

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Seit der Arbeit an der Brücke treibt Knippers deshalb die Vision einer Konstruktion ohne Scharniere um. Wäre es möglich, künstliche Gelenke zu erschaffen, die nicht aus ineinandergreifenden, starren Bauteilen bestehen? Es ist möglich, sagt die Natur.

Auch wenn der Mensch Pflanzen eher als statische Organismen kennt, ist die Flora alles andere als unbeweglich. Sie streckt Wurzeln zum Wasser vor, wendet Blüten der Sonne zu, umrankt fremde Stiele und Stängel. Bei Berührung lässt sie Samenkapseln platzen oder die Blätter hängen. Und so wie die Venusfliegenfalle ihre klebrigen Blätter geschmeidig um die Beute schließt, könnte auch das technische Gelenk der Zukunft funktionieren.

Es bedarf jedoch Geduld und Aufmerksamkeit, um der Natur ihre Geheimnisse zu entlocken und diese in Technik umzusetzen. Denn einige Bewegungen verlaufen zu langsam, als dass der Mensch sie wahrnehmen kann. Andere wiederum sind so schnell, dass sie sich selbst mit Hochgeschwindigkeitskameras nur mühsam analysieren lassen.

Der Biologe Thomas Speck hat die Herausforderung angenommen. Die Arbeitsmethoden des wissenschaftlichen Leiters der Plant Biomechanics Group an der Universität Freiburg erinnern ein wenig an jene des berühmten schwedischen Naturwissenschaftlers Carl von Linné : In seinem Labor werden Pflanzen aufgeschnitten, mikroskopiert und fotografiert – nur eben mit den Techniken des 21. Jahrhunderts, in dem das Elektronenmikroskop an die Stelle der Lupe tritt, und digitale Hochgeschwindigkeitskameras die Bleistiftzeichnung ersetzen.

Was er der Pflanzenwelt abschaut, gibt er weiter an Ingenieure, die zum Beispiel nach Konstruktionen suchen, die zugleich leicht und stabil sind. Dass die Natur die beste Lösung oft schon gefunden hat, ist sein Credo. Die Lösung für Jan Knippers Problem mit den Scharnieren kam denn auch aus Specks Laboren. Der Biologe schickte ihm eine Liste mit mehr als fünfhundert Bewegungsmechanismen aus dem Pflanzenreich. Und Knippers’ Wahl fiel auf die Paradiesvogelblume, Strelitzia reginae mit botanischem Namen.

Ihre Bewegungen sind in sämtlichen Lehrbüchern für Konstruktion und Bau akribisch beschrieben. Allerdings nicht als Blaupause, sondern als Schaden, den es zu vermeiden gilt. Was die Blume tut, kennen Architekten und Ingenieure als Biegedrillknicken . Das tritt immer dann auf, wenn ein Bauteil unter der Last zu großer Kräfte oder Spannungen nachgibt.

Die Strelitzie hingegen nutzt die Mechanik für die Bestäubung: Ihr blaues Staubblatt ist längs eingerollt wie eine Dachrinne, in der geschützt die Pollen liegen. An den Seiten spreizen sich schmal geschwungene Flügel ab. Sobald sich ein Webervogel, vom Nektar angelockt, auf dem Blütenblatt niederlässt, knickt die fragile Rinne um. Dabei öffnet sie sich, und der Blütenstaub bleibt an den Krallen des Tiers kleben, während die seitlichen Flügel zur Stabilisierung der Sitzstange nach unten klappen. Fliegt der Vogel mit bestäubten Beinen davon, klappt das Staubblatt in seine ursprüngliche Rillenform zurück.

Leserkommentare
  1. im weitesten Sinne für eine nachhaltige und humane Welt, gerade was die Nutzung von moderner Technologie angeht, sollte uns als Ideal und Vorlage dienen.

    Dagegen, die maßlose (!) Nutzung von Rohstoffen und Ressourcen auf Kosten der künftigen Menschheit scheint mir heute als völlig überholt. Wie bspw. Kohlekraftwerke, Verbrennungsmotoren, Massenkonsum, Massentourismus - Schnelllebigkeit allentorten.

    Der österreichische Philosoph Leopold Kohr sprach von der "kritischen Größe" und nahm eben die Natur bzw. die Biologie als Beispiel für moderne Technologien und v.A. eine menschliche Gesellschaftsform. Jenseits dieser Größe würden sich Gesellschaften gegenseitig zu sehr zerstören und vor allen Dingen die Existenz auf der Welt überhaupt bedrohen.

    In diesem Sinne zeigt die Bionik absolut in die richtige Richtung!

    Chapeau den Forschern!

    3 Leserempfehlungen
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    • Zack34
    • 07. Januar 2012 10:53 Uhr

    Zitat:
    "Jenseits dieser Größe würden sich Gesellschaften gegenseitig zu sehr zerstören und vor allen Dingen die Existenz auf der Welt überhaupt bedrohen."


    Just dies aber ist Alltag der Natur, die "Gesellschaften" der Flora und Fauna kämpfen und zerstören sich gegenseitig ununterbrochen.

    In diesem Sinne... ist auch die Teilnahme an diesem Forum (vom warmen und beleuchteten Wohnzimmer heraus) mit all seinen techn. Kettengliedern... auch ein Beispiel für die maßlose (!) Nutzung von Rohstoffen und Ressourcen auf Kosten der künftigen Menschheit, ja für unnötigen Kohlekraftwerke, Verbrennungsmotoren, Massenkonsum, und Schnelllebigkeit.

    Amen.

    • Zack34
    • 07. Januar 2012 10:53 Uhr

    Zitat:
    "Jenseits dieser Größe würden sich Gesellschaften gegenseitig zu sehr zerstören und vor allen Dingen die Existenz auf der Welt überhaupt bedrohen."


    Just dies aber ist Alltag der Natur, die "Gesellschaften" der Flora und Fauna kämpfen und zerstören sich gegenseitig ununterbrochen.

    In diesem Sinne... ist auch die Teilnahme an diesem Forum (vom warmen und beleuchteten Wohnzimmer heraus) mit all seinen techn. Kettengliedern... auch ein Beispiel für die maßlose (!) Nutzung von Rohstoffen und Ressourcen auf Kosten der künftigen Menschheit, ja für unnötigen Kohlekraftwerke, Verbrennungsmotoren, Massenkonsum, und Schnelllebigkeit.

    Amen.

    3 Leserempfehlungen
  2. noch ich propagiert die Nicht-Nutzung von Rohstoffen und Ressourcen, sondern die maßvolle bzw. die möglichst nachhaltige Nutzung.

    Sie haben völlig recht, es ist eine Gratwanderung, aber das ist auch der dahinter stehende Prozess namens Evolution.

    Kohr ist kein Utopist gewesen, der meint Kriege und Konflikte würden sich überhaupt (einfach) verhindern lassen. Er möchte aber natürlich (!) gewachsene Strukturen sehen (wie in der Natur), die sich gegenseitig womöglich zerstören (vgl. Iran/Irak-Krieg der 80er), aber nicht die Existenz der ganzen Welt bedrohen (vgl. Atomaufrüstung USA/UdSSR).

    By the way, ich beziehe meinen ("grünen") Strom aus 100% Wasserkraft, fahre seltenst Auto und schränke meinen Fleischverzehr auf ein maßvolles (nach meinen Maßstäben) ein.

    Ich bin ja sehr wohl dafür, die Erde zu nutzen und auch im "Kampf" mit anderen Menschen um Rohstoffe/Ressourcen meinen Anteil einzufordern. Aber ich freue mich nur über "meinen" Anteil, wenn gleichzeitig andere den ihren auskosten können - es müssen dennoch keine gleichen Anteile sein.

    Um Kohr zu begreifen, muss man u.A. das Buch "Das Ende der Großen" lesen/hören!
    Z.B. http://www.youtube.com/wa...

    2 Leserempfehlungen
  3. nicht von der Blume, sondern vom Flectofin.
    z.B.
    http://simonschleicher.fi...

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