Zeitung Heute : Die Natur kennt keine Formeln

Heiko Schwarzburger

Manchmal sehen sogar schlaue Geister den Wald vor lauter Bäumen nicht: Heerscharen von Ingenieuren und Technikern sind es gewöhnt, die Festigkeit und Haltbarkeit von Bauteilen, Häusern oder Produkten mit komplizierten Formeln zu berechnen. Legionen von Studenten beißen sich daran die Zähne aus, für Laien bleiben die mathematischen Gesetze der Statik und der Konstruktion ein Buch mit sieben Siegeln. Seit einigen Jahrzehnten können die Tüftler auf Computer zurückgreifen, mit dem Resultat: Die Formeln werden immer komplexer, die Mathematik immer weniger zu durchschauen. „Dabei macht uns die Natur vor, dass man sogar schwierige technische Formen sehr einfach optimieren kann, ganz ohne Mathematik“, sagt Claus Mattheck.

Der 60jährige Physiker leitet die Abteilung für Biomechanik am Forschungszentrum in Karlsruhe. Jahrelang ist er durch die Wälder gestreift und tut es noch, um von den Bäumen zu lernen, wie die Natur komplizierte Festigkeitsprobleme löst. „Bei diesen Streifzügen, die wir im Labor ausgewertet haben, fanden wir verborgene Gestaltgesetze, die maximale Festigkeit bei minimalem Gewicht erlauben“, erläutert Mattheck. „Schauen Sie sich einen Baum an: An Stellen, an denen ein Bruch droht, wächst das Holz nach bestimmten Regeln nach. Das zugrunde liegende Prinzip basiert auf dem Gesetz von der gleichmäßigen Lastverteilung. Nichtoptimierte Bauteile brechen nicht selten dann, wenn an einer verjüngten Stelle, einer Kerbe, die mechanischen Spannungen im Material zu groß werden. Zunächst entstehen Risse, die sich ausweiten, bis zum Bruch. Die Natur versucht, die Kerben so weit zu entlasten, dass die Spannung an allen Stellen konstant ist“, erzählt Mattheck. „Auf diese Weise entsteht eine optimale Kerbkontur.“ Nachdem er seine Methode an den Bäumen entwickelt hatte, wurde Mattheck auch in anderen Bereichen der Natur fündig – überall dort, wo etwas zu Bruch gehen kann. „Offenbar haben wir es mit einem universellen Gesetz der Natur zu tun, das immer wieder diese Form hervor bringt“, meint er. „Selbst Teile von Felsen werden durch die Erosion in der Natur genauso optimiert wie Eisschollen oder hängende Tropfsteine.“

Mattheck ist für seine ungewöhnlichen Gedanken bekannt. Für seine Bahn brechenden Erkenntnisse erhielt er 2003 den Deutschen Umweltpreis. Er hält launige Vorträge, veröffentlicht seine wissenschaftlichen Ergebnisse als Comics, schreibt Bücher, die jeder Laie versteht, auch Kinder gehören zu seinen Lesern. Er fördert ein volkstümliches Verständnis für die Mechanik, damit jedermann auf den ersten Blick erkennen kann, ob ein Produkt vernünftig konstruiert wurde. „Das würde dazu führen, dass viel weniger fehlerhafte Produkte hergestellt, verkauft und gekauft werden“, sagt er. „Nehmen wir uns das natürliche Prinzip zum Vorbild, können wir Bauteile entwerfen, die mit einem Bruchteil ihres bisherigen Gewichtes auskommen oder nicht selten fünf- bis 15-mal so lange halten wie Bauteile, die nach herkömmlichen Methoden am Computer entworfen wurden.“

Ob im Wald, in Höhlen oder im Labor: Mattheck und seine Mitarbeiter sind stets auf der Suche – nach den Grenzen ihrer Methode. „Bisher sind keine Grenzen in Sicht. Die Kontur der Zugdreiecke scheint in der Natur universell zu sein.“

Mattheck ist seit 28 Jahren in Karlsruhe tätig, verfügt über moderne Labors und natürlich auch über Computer, um die Optimalformen immer wieder zu testen und zu überprüfen. Dass er schon frühzeitig angefangen hat, einen eigenen Blick auf die Welt zu werfen, bestätigt sein Lebenslauf: Nach dem Studium in Dresden und der Promotion 1973 in Jena unternahm der Physiker drei Jahre später einen Fluchtversuch aus der DDR, im Schlauchboot über die Ostsee. „Ich wurde auf halber Strecke geschnappt und landete für zwei Jahre im Knast in Cottbus“, berichtet er. „Ich saß dort mit einem Frauenarzt in der Zelle. Gemeinsam haben wir die Plazenta durchgerechnet und ein Strömungsmodell für den Sauerstofftransport zwischen Mutter und Kind entworfen.“ 1978 wurde er in den Westen freigekauft. Sein früherer Zellengenosse verschaffte ihm eine Stelle am Klinikum in Essen, um die Berechnungen aus dem Knast zu veröffentlichen. Sieben Jahre später nahm Mattheck den Job in Karlsruhe an. Mittlerweile ist er Abteilungsleiter und lehrt als Professor. „Und wissen Sie, was das Beste an der Sache ist?“ fragt er in breitem sächsischen Dialekt. „Ich bin jeden Morgen auf´s Neue froh, dass ich diesen Job machen darf. Das ist ein Geschenk.“ Heiko Schwarzburger

Matthecks Bücher im Internet:

www.mattheck.de

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