Welt : Ostern: Sind Eier bessere Milchtüten?

Andreas Austilat

Wie macht der Buschmann das? Ohne Wasserflasche zieht er tagelang kreuz und quer durch die Wüsten des südlichen Afrikas. Trotzdem leidet er keinen Durst. Das interessierte den Bremer Forscher Udo Küppers, er sah genauer hin. Und hatte den Trick bald durchschaut: Der Buschmann hat Vorsorge getroffen, auf seiner Wanderung hält er Ausschau nach unscheinbaren Trinkhalmen, die aus der Erde luken. An strategischen Punkten nämlich hat er Depots angelegt, mit Wasser gefüllte Straußeneier, an denen er sich auftankt.

Wäre Küppers Ethnologe, er hätte es vielleicht dabei bewenden lassen und weiter die Fährte des Jägers verfolgt. Der Bremer aber ist Ingenieur und Inhaber einer kleinen Firma, die sich "Bionik Systeme" nennt. Er testete die Qualität des Trunks und befand ihn auch nach Tagen im heißen Sand noch vergleichsweise kühl und frisch. Anlass genug, das Straußenei in ein Buch aufzunehmen, an dem Küppers gerade mit seinem Kollegen Helmut Tributsch vom Berliner Hahn-Meitner-Institut arbeitet und das demnächst im Verlag Wiley-VCH erscheinen wird, Thema: Bionische Verpackungen.

Zwei Leitgedanken durchziehen die Bionik. Erstens: Wie schafft die Natur ihre erstaunlichen Produkte? Und das mit geringem Energieaufwand. Der Elefant braucht nicht mehr als seine Körpertemperatur, um sich einen respektablen Stoßzahn wachsen zu lassen. Der Mensch mit seiner Technik kriegt keine Zange hin, ohne den Stahl auf mindestens 1000 Grad zu erhitzen. Auch Flora und Fauna produzieren jede Menge Müll - der saarländische Zoologe und Vordenker der deutschen Bionik, Werner Nachtigall, hat den jährlichen Abfall auf 150 Milliarden Tonnen trockener Biomasse hochgerechnet, nachzulesen in seinem "Großen Buch der Bionik" (Verlag DVA), einer umfassenden Darstellung des gegenwärtigen Standes der Forschung. Frisch sind das noch zehnmal mehr "Laub und Leichen, Kot und Knochen". Trotzdem verschwindet alles binnen kurzem. Eine weggeworfene Milchtüte rottet dagegen auch im nächsten Jahr noch vor sich hin. Zweitens: Das Ergebnis, zu dem die Natur kommt, ist dem der menschlichen Technik zuweilen mindestens ebenbürtig. Bei einem simplen Hühnerei zum Beispiel stehen den 60 Gramm Inhalt nur drei Gramm recycelbarer Verpackung gegenüber.

Solche Bilanzen fordern die Forschung heraus. Höchst geheim geschah das 1960 in Dayton, USA, wo ranghohe Militärs ebenso ranghohe Wissenschaftler zu einem "Bionic Symposium" luden. Zum ersten Mal fiel das Wort Bionik, gemeint war die Verbindung aus Biologie und Technik. Der Untertitel der Veranstaltung lautete "Living Prototypes, the key to new Technologies" - lebende Prototypen also sollten der Schlüssel sein zu neuen Technologien.

Die Natur ist ziemlich rigoros

Lebende Prototypen haben für die Forscher den besonderen Charme, dass sie ihre Funktionsfähigkeit mitunter in hunderten Millionen Jahren bewiesen haben. Andernfalls nämlich kann die Natur ziemlich rigoros sein: Was nicht funktioniert, stirbt aus.

Küppers und Tributsch haben es bei ihrem Untersuchungsobjekt Ei mit "einer hochspezialisierten mineralischen Struktur zu tun". Ein kombinierter Werkstoff, bei dem senkrecht angeordnete knallharte Calciumcarbonatsäulen durch eine horizontale elastische Faserstruktur ergänzt werden. Die einen fangen Stöße auf, die anderen wirken dem Ausbreiten von Rissen entgegen.

Was aber kann die "Verpackung" Ei, was eine Milchtüte nicht kann? Zumindest könnte in der Tüte kein Küken groß werden, weil es jämmerlich erstickte. Die Milchtüte ist dazu da, unter Energieaufwand keimfrei gemachte Milch bei Luftabschluss keimfrei zu halten und gegebenenfalls unter Zufuhr weiterer Energie im Kühlschrank zu konservieren. Das Ei dagegen ist löchrig wie ein Sieb. Dank seiner Form widersteht es bei gleichmäßiger Belastung einem Druck von bis zu 240 Kilogramm pro Quadratzentimeter, seine Poren erlauben dabei den Gasaustausch, der dem Küken das Überleben sichert. Binnen 21 Tagen nimmt ein Hühnerei 6 Liter Sauerstoff auf, gibt dabei 4,5 Liter Kohlendioxid und 11 Liter Wasserdampf ab. Gegen Sonneneinstrahlung schützen Pigmente, so genannte Billine, die infrarote Strahlen reflektieren. Experimente wiesen nach, dass ungeschützte Eier, die sich in der prallen Sonne auf 30 Grad erhitzten, ohne Infrarotreflexion 50 Grad erreichen würden.

Alles Eigenschaften, die der eingangs erwähnte Buschmann nutzt. So schreiben Tributsch und Küppers, dass das Wasser im Straußenei noch nach Monaten nicht fault. Sie führen dies auf den Gasaustausch durch die Poren zurück. Der Sauerstoff in der Schale wird nicht verbraucht, es könnten keine "anaeroben, Sulfat reduzierenden Bakterien wirksam werden" - jene Keime, die man aus der Blumenvase kennt, wenn das Wasser anfängt, nach faulen Eiern zu stinken.

Der Ehrgeiz der Forscher besteht nicht darin, nun in die Produktion künstlicher Straußeneier zu investieren. Es geht vielmehr darum, chemische und physikalische Eigenschaften zu verstehen und diese nachzuempfinden. Der Einsatz lohnt sich. Denn nach dem Verständnis der Bioniker produziert der Mensch Steinzeittechnik, die über kurz oder lang auf der evolutionären Strecke bleiben muss: Anders als die unter Selektionsdruck stehende Natur leisteten wir uns einen ineffizienten Umgang mit Ressourcen, der kaum als Erfolgsmodell bezeichnet werden kann. In Sachen technischer Innovation sind die Wissenschaftler allerdings noch im Stadium der Grundlagenforschung. Sehr wohl könnten sie sich vorstellen, reflektierende Billine aus der Eierschale in Fassadenanstrichen oder die poröse Struktur für neuartige Membrane zu nutzen.

Hübscher Einfall, auch wenn er die Militärs von Dayton kaum zur Eiersuche inspiriert hätte. Mehr Aufmerksamkeit könnte da Antonia Kesels Forschungsobjekt herausfordern. Am bionischen Institut der Universität des Saarlandes untersucht sie die Libelle und gerät ins Schwärmen über die Flugeigenschaften des gefährlichen Jägers. Der Doppelantrieb in den vier Flügeln ermöglicht ihm jedes nur denkbare Flugmanöver - Rollen über die Längsachse, Wenden auf der Stelle - alles kein Problem. Und kommt die in Millionen Jahren optimierte Flugmaschine doch ins Trudeln, hilft ihr eine spezielle Sensorik an den Flügelrückseiten: Feine Härchen melden etwaigen Strömungsabriss ins Cockpit, die Libelle regelt sofort die Flügel nach.

Solche Sensorik kennt kein Flugzeug der Welt. Noch gut ist der Absturz der Birgen-Air Maschine vor der Dominikanischen Republik in Erinnerung. Kein Instrument warnte den Piloten, als ihn bei steil gestellten Flügeln und zu langsamer Geschwindigkeit die Strömung und damit der Auftrieb an den Tragflächen verließ und die Maschine mit einer kompletten Rolle über den betroffenen Flügel vom Himmel fiel.

Die große Frage ist nur, lassen sich im kleinmaßstäblichen Tierreich gewonnene Erkenntnisse überhaupt auf menschliche Verhältnisse übertragen? Die Boeing-Ingenieure sind da skeptisch. In der Eingangshalle des Unternehmens in Seattle prangt der Leitspruch: "Berechnungen unserer Ingenieure haben ergeben, dass die Hummeln nicht fliegen können." Und haben dem Vater der deutschen Aerodynamik, Otto Lilienthal, seine aus dem Vogelflug gewonnenen Erkenntnisse nicht letzten Endes buchstäblich das Genick gebrochen?

Ingo Rechenberg, Inhaber des ersten deutschen Lehrstuhls für Bionik an der Technischen Universität Berlin, warnt vor der eins-zu-eins-Kopie. So mag sich der schlanke Getreidehalm mit geringem Materialaufwand in relativ gesehen ungeheure Höhen aufschwingen, als Vorbild für Fernsehtürme etwa taugt er doch nicht. Ein Maßstabsproblem, weil Volumen - nun einmal anders als Flächenkräfte wachsen. Nicht anders verhält es sich im Strömungsbereich, wo Trägheits- und Reibungskräfte sich bei großen, schnellen Objekten anders zueinander verhalten als bei kleinen langsamen. Das Ergebnis aus dem Zusammenspiel beider, die Reynoldszahl, ist bei Stubenfliegen ungleich kleiner als bei Jumbo-Jets.

Das bedeutet nicht, dass nicht auch am Institut Rechenbergs, einem gelernten Strömungstechniker, aus natürlichen Vorbildern Erkenntnisse für den Flugzeugbau gewonnen werden. So haben die Wissenschaftler beobachtet, dass Vögel ihr Deckgefieder aufstellen, und damit verhindern, dass die Strömung bei steil gestelltem Flügel rückwärts läuft - als ob sich der Strom im Gefieder verfängt. Ein Trick, da ist sich Rechenberg sicher, der beim Airbus genauso funktionieren würde wie beim Rabengeier.

Ein Flugzeugflügel pflanzt sich fort

Einen Namen als Bioniker machte sich Rechenberg vor über 30 Jahren mit einem Simulationsprogramm, in dem er heute die "Evolution" eines Flugzeugflügels bis zur optimalen Form nachspielt: Die besten Ergebnisse einer Versuchsreihe werden zur "Elterngeneration", deren Nachkommen gehen als "Mutanten" leicht variiert in eine neue Versuchsreihe, aus der sich wieder die besten "fortpflanzen". Jahrmillionen der Evolution schrumpfen im Experiment zu Wochen.

Rechenbergs "Evolutionsstrategie" wird heute in aller Welt kopiert. Produkte aber aus eindeutig bionischer Forschung sind nach wie vor rar. Immerhin, die Ribletfolie der Firma 3 M, eine Entwicklung die auf Versuche des Berliner Forschers Dieter Bechert vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zurückgeht und sich an der rippenartigen Struktur der Hautoberfläche des Hais orientiert, ist bereits an einem Airbus erprobt worden und soll ungefähr drei Prozent Sprit einsparen. Und den bisher größten kommerziellen Erfolg konnte der Bonner Botaniker Wilhelm Barthlott mit seinem Lotus-Effekt verbuchen: Farben und Dachziegel, die sich dank ihrer raffiniert unebenen Oberfläche nach Vorbild des Lotusblattes selbst reinigen, sind bereits im Handel.

Das Beispiel Barthlott zeigt aber auch, mit welchen Problemen Bioniker heute noch zu kämpfen haben. Der Botaniker konnte sein Patent erst anmelden, als er auf Anraten seines Anwalts im Antrag jeden Hinweis auf den natürlichen Ursprung seiner Entdeckung vermied. Sonst hätte das Amt die "Patenthöhe" bestreiten können. Im Grunde gebührt ja dem Lotus der Erfinderruhm.

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