BIONIK - Biologie und Technik

Eine vielversprechende, wenn nicht die einzige Vorgehensweise zur Lösung unserer Klimaprobleme 

Als BIONIK bezeichnet man den wissenschaftlichen Ansatz, Problemlösungen in der Natur, in der "Biologie" - BIO... - zu suchen und bestmöglich nachzubilden, bevor umweltrelevante Maßnahmen technisch -...NIK - umgesetzt werden. Es ist keine Wissenschaft im eigentlichen Sinne, sondern eher eine Vorgehensweise, eine Vorbildsuche, eine Öko-Zertifizierung oder eine "Denkschule". Die Natur als Vorbild für nachhaltiges Leben und Wirtschaften zu nutzen und darin weitere Expertise zu entwickeln, ist angesichts der Klimaentwicklung wichtiger als je zuvor. 

Worin beispielsweise liegt der tatsächliche Nutzen der Tiere für uns Menschen? Wohl nicht darin sie auszunutzen, auszubeuten oder zu verspeisen, sondern die Tierwelt und deren über viele Millionen Jahre erprobten und optimierten Lebensweisen als Vorbild und Lehrmeister für eine ökologisch nachhaltige Welt zu sehen und im „bionischen“ Sinne zu nutzen. Das heißt, von den Tieren zu lernen und ihre über Jahrmillionen entwickelten und ausgereiften Lebensformen zu erforschen, systematisch nachzubilden und in praktikablen Anwendungen umzusetzen. Es gibt keine Tiergemeinschaft, die in ihrer natürlichen Lebensweise Umweltprobleme verursacht, weder im Bereich Klimaerwärmung noch bei der Ressourcenverwendung oder in der Abfallbewirtschaftung! Das können nur wir Menschen! Die Tiere haben über Jahrmillionen gelernt, mit ihrer Umwelt nachhaltig, minimalistisch und trotzdem zu ihrem Vorteil umzugehen. Wie machen Tiere das? Antworten auf diese Frage zu finden, wäre wohl der größte „Nutzen“, den wir Menschen von den Tieren ziehen könnten. Vordringliches Ziel der Menschen muss daher sein, von den Tieren zu lernen. 

Im folgenden Beitrag werden exemplarisch einige vielversprechende bionische Beispiele aufgezeigt, auf welche Weise heute schon in manchen Bereichen das „Know-how“ der Tiere zum Wohle der Menschen genutzt werden könnte.


Reinhard Fink, Jänner 2022


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Vorbild Delphin

Delphine bewegen sich durch den Schwanzflossenantrieb besonders effektiv und schnell. Durch den Schwanzflossenschlag katapultieren sie sich vollständig über die Wasseroberfläche, mit besonders großem Schub. Diese Technik ist für Schlepper und Fähren besonders interessant.


Vorbild Heuschrecke

Stabheuschrecken verfügen über sechs lange Beine, die für deren Fortbewegung Rädern weit überlegen sind. Drei Beine machen einen Schritt und drei Beine sichern ab. Jedes Bein wird getrennt angesteuert, es erhält die Information nach und nach vom jeweils anderen Bein. Ziel ist die Entwicklung von Laufrobotern. War die Erfindung des Rades eine Fehlentwicklung?


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Vorbild Klapperschlange

Die Klapperschlange besitzt ein Grubenorgan, eine Art Infrarot-Lochkamera, mit der sie kleinste Temperatur- unterschiede von nur 0,003 Grad wahrnehmen, durch Kopfbewegung auch Größe und Gestalt warmer Körper abtasten und damit auch bei Dunkelheit erkennen kann. Diese Erkenntinisse bilden die Grundlage für die Entwicklung moderner technischer Ortungssysteme .


Vorbild Termiten

Lüftungssysteme, die für gleichmäßige Temperatur und Luftfeuchtigkeit sorgen, findet man in Bauten von Termiten. Sie bauen in Gegenden mit extremen Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen optimierte Konstruktionen mit Lüftungskanälen und poröse Wänden. Für die Entwicklung von passives Lüftungssystemen für Niedrigernergiehäusern vorbildlich übertragbar.


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Vorbild Gekko

Gekkos sind durch eine Besonderheit an ihren Füßen in der Lage senkrechte Wände oder an einer Decke entlang zu gehen. Sie verfügen an den Zehen über Haftscheiben, die in Querlamellen, mit Millionen feiner Kletterhäkchen besetzt sind, angordnet sind. Kletterroboter mit Saugnäpfen sind bereits erfolgreich in Entwicklung.


 Vorbild Fliege

Fliegen machen 200 Schlagbewegungen pro Sekunde. Der Flügelschlag wird gesteuert durch Flug- und Verspannmuskel, welche durch die elastische Verformung des Körpers vorübergehend Energie speichern, die beim Gegenschlag wieder freigesetzt wird. Vergleichbar mit einem “Gummiband”. Flugapparate sind in Planung.


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Vorbild Blattkäfer

Die Flügelfaltung eines Blattkäfers, als natürliche Faltstruktur, bildet das Vorbild für viele technische Anwendugen in der Verpackungsindustrie und der Raumfahrt, etwa bei Sonnensegeln. Dabei geht es um Platzerparnis oder um die Versteifung von Konstruktionen.


Vorbild Wespe

Bereits 1719 machte ein Naturforscher die Beobachtung, dass Wespen in Lage sind, Fasern vom Totholz abzureißen um daraus Papier zu produzieren um damit ihre Nester zu bauen. Dies war der Ausgangspunkt für die spätere Erzeugung von Papier aus Holz, welches bis dahin aus alten “Lumpen” d.h. Stoffen hergestellt wurde.


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Vorbild Hai

Riblets Feine Rillen auf den Schuppen der Haut von Haien vermindern den Reibungswiderstand merkbar um rund 8%. In der Technik gibt es viele Anwendungsgebiete für diesen „Shark Skin Effekt“ oder auch „Riblet Effekt“ genannt, beispielweise bei Oberflächen von Fluzeugen, Schiffen, U-Booten oder Tauchanzügen. Die Umsetzung erfolgt durch Folien oder Lacke.


Vorbild Ameisen

Ameisen werden als Vorbild zur Erforschung und Optimierung von Bewegungsabläufen zum Bau von Robotern herangezogen, sowie im Bereich Logistik deren Bewegungsverhalten in der Gruppe zur möglichen Lösung von Stauphänomenen im Autoverkehr oder bei Menschenansammlungen studiert. Eine Erkenntnis: Ameisen gehen in der Gruppe alle gleich schnell!


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Vorbild Vogelflug

Winglets Als Winglets bezeichnet man die nach oben ausgezogenen Trag- flügelenden moderner Flugzeuge. Sie wurden nach dem Vorbild der aufgefächerten Schwingen großer Vögel konstruiert, welche im Flug ihre Handschwingen aufspreizen und dadurch den Strömungswiderstand merkbar verringern. Bei Flugzeugen bedeutet dies Treibstoffersparnis!


Vorbild Photosynthese

Die Photosynthese ermöglicht das Leben für Pflanze, Mensch und Tier. Bei diesem biochemischen Vorgang wird die Energie des Sonnenlichtes, die elektromagnetische Strahlung, durch den Blattfarbstoff Chlorophyll aufgenommen und in chemisch gebundene Energie, in Form von energiereichen organischen Verbindungen mit Zucker und Stärke umgewandelt. Es wird bereit erfolgreich versucht, dieses Prinzip bei der Entwicklung neuartiger Photovoltaikzellen einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist die "Grätzel-Zelle", bei der auch über einen Farbstoff, wie bei der Pflanze, und einer Halbleiterschicht aus Titandioxid die Energie der Sonne eingefangen und in Strom umgewandelt wird.  Das sehr teure Silizium ist nicht mehr erfordlerich.

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Vorbild Flugsamen und Taube

Der Flugsamen der tropischen Kürbispflanze "Zanonia", welche sich an hohen Bäumen emporschlingt, gleitet nach der Reife mit einer Spannweite von bis zu zwanzig Zentimeter, oft mehere Kilometer im Gleitflug bis zur Landung.

1906 hat Ettrich die Geometrie dieses Samens auf ein bemanntes Gleitfluggerät, den "Zanonia-Gleiter" erfolgreich umgesetzt. In Folge wurde von Ettrich ein motorisiertes Fluggerät in Gleitflughaltung einer Taube ebenso erfolgreich realisiert, die "Ettrich-Taube". 

Vorbild Lotusblüte

Die Blätter mancher Pflanzen besitzen eine mikroskopisch rauhe Oberfläche mit darin eingebetteten Wachskristallen. Dies hat zur Folge, dass sie extrem wasserabweisend und gleichzeitig nahezu unverschmutzbar ist. Dieser Mechanismus wird in der Fachwelt "Lotus-Effekt" genannt. Die Lotuspflanze gilt in asiatischen Religionen als heilig und ist das Symbol für Reinheit. 

Technisch umgesetzt wurde dieser Effekt bereits bei Fassadenfarben, Lacken für Fahrzeuge, Beschichtungen für Fensterscheiben, Solaranlagen und Hausdächern. Wasser und chemische Reinigungsmittel werden dabei eingespart!


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