Zeitung Heute : Der Klettverschluß war nur der Anfang

PAUL JANOSITZ

"In sich sind Flugzeuge sehr sicher", sagt Giannino Patone.Ab und zu fallen die Riesenvögel aber doch vom Himmel.In aufwendigen Untersuchungen forschen Experten dann nach den Unglücksursachen.Beim Absturz der Birgenair-Maschine im Februar 1996 kamen viele Probleme zusammen.Als die Piloten das Flugzeug jäh zurücksteuerten, riß die Strömung auf den Tragflächen ab, die Maschine stürzte in die Karibik.

Vielleicht hätten flexible Klappen auf den Tragflächen als eine Art "Rückstromtasche" die Katastrophe verhindern können.Ein Vogel jedenfalls wäre damals am Himmel geblieben, meint Patone.Der junge Maschinenbauingenieur forscht im Institut für Bionik und Evolutionstheorie an der TU Berlin, das in seiner Art einzigartig in Deutschland ist; der Leiter, Professor Ingo Rechenberg, gilt als Pionier der Bionik."Die Deckfedern am Vogelflügel richten sich beim Ablösen der Strömung auf", erklärt Patone.Dies wirke als Rückstrombremse und verhindere so, daß die Strömung abreiße.Deshalb können die gefiederten Flieger auch so gewagt durch die Lüfte kurven.Die Phänomene der Natur beobachten, die zugrundeliegenden Prinzipien erkennen und zur Lösung technischer Aufgaben ausnutzen - dieses Vorgehen hat lange Tradition.Im Kopf sind vielleicht Geschichten von Ikarus oder vom Schneider von Ulm, die auf simple Weise den Vogelflug nachahmten und scheiterten."Die bloße Kopie der Natur führt in die Sackgasse", sagt dazu Werner Nachtigall, Leiter des Instituts für Zoologie an der Universität Saarbrücken.Über reine Nachahmung hinaus gingen Leonardo da Vinci oder Otto Lilienthal, die die natürlichen Phänomene nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten analysierten und in technische Konstruktionen umsetzten.

Der Begriff "Bionik" wurde Anfang der 60er Jahre geprägt.Die Ableitung aus Biologie und Technik kennzeichnet - so Nachtigall - das Prinzip: "Lernen aus der Natur für die Technik." Allerdings sei damit kein simpler Nachbau im Verhältnis eins zu eins gemeint.Es gehe darum, die Anregungen der Natur in technologisch eigenständige Entwicklungen umzusetzen.Dabei könne es zu erstaunlichen Resultaten kommen.

Daß die These richtig ist, zeigen einige spektakuläre Ergebnisse dieser Wissenschaft.Der "Lotus-Effekt" machte beispielsweise Wilhelm Barthlott zu einem der vier Kandidaten für den letztjährigen Zukunftspreis des Bundespräsidenten.Diese Auszeichnung bekam der Bonner Botanik-Professor zwar nicht, doch erhielt er den Philip-Morris-Forschungspreis 1999.Zwei Jahre zuvor war ihm schon der Karl-Heinz-Beckurts-Preis verliehen worden.

Mehr noch als die Auszeichnungen dürfte das Interesse der Industrie ins Gewicht fallen.Das Phänomen, daß rauhe Blätter sauberer sein können als glatte Pflanzenoberflächen, war Barthlott bereits vor fast einem Vierteljahrhundert aufgefallen, als er Gewächshauspflanzen im Elektronenmikroskop betrachtete.Die schmutzabweisenden Blätter, beispielsweise der Lotusblume, besaßen winzige Noppen und waren daher nicht benetzbar.Die wissenschaftliche Veröffentlichung wurde zunächst nicht beachtet, später stieß sie auf Skepsis, da der Effekt gängigen Theorien widersprach.

Die Anerkennung kam erst, als Barthlott und sein Mitarbeiter Christoph Neinhuis an selbstgefertigten Prototypen nachweisen konnten, daß von "mikrostrukturierten" Oberflächen, die nicht wie Fußböden mechanisch stark beansprucht sind, auch starker Schmutz, sogar Öl und Klebstoff, abperlt wie Wassertropfen von einer heißen Herdplatte."Dies betrifft Außenflächen wie Fassaden, Verglasungen, Dächer, Sonnenkollektoren oder Schutzfolien", erklärt der Botaniker.Autos blieben dann auch bei Regen trocken, im Winter wären sie nie vereist.Würden die Fahrzeuge doch einmal schmutzig, reichten zur Reinigung leichte Regengüsse oder Rasensprenger.Auch Graffiti verlören ihren Schrecken, da sie sich mit dem Gartenschlauch von Hauswänden abwaschen ließen.Bereits in den nächsten Monaten sollen - so Barthlott - die ersten Produkte auf den Markt kommen, die Gebäudefassaden schützen.

Vielleicht wird der "Lotus-Lack" bald ebenso selbstverständlich sein wie Klettverschlüsse, deren Prinzip natürlichen Kletten abgeschaut ist.Ebenfalls auf ein "Naturpatent" gehen Langlaufskier zurück, deren schuppenartige Unterseite unerwünschtes Rückwärtsrutschen verhindert.Als Vorbild dienten die Bauchschuppen einer südamerikanischen Schlangenart.Bienen dagegen machten sich um die Unterhaltung verdient, inspirierten ihre kunstvollen Waben doch zum Bau leichter und dabei höchst belastbarer Lautsprechermembranen.

Der spannungsarme Wuchs von Bäumen, deren Stämme und Äste auch bei schweren Stürmen nicht abbrechen, regt Professor Claus Mattheck am Forschungszentrum Karlsruhe zum Entwurf stabiler Baukräne, Brillenbügel oder Knochennägel an.Aus der Festigkeitsverteilung in Bäumen und Knochen erhält er Hinweise für gewichtsreduzierte und ermüdungsfeste technische Bauteile.Professor Friedrich Pfeiffer von der TU München läßt heuschreckenartige Laufmaschinen über Stock und Stein krabbeln.Die schwierige Koordinierung der sechs Beine gelingt besser und mit wesentlich weniger Rechenaufwand, seit die Zentralsteuerung weggefallen ist und sich die Gliedmaßen nach dem Vorbild lebender Insekten gewissermaßen selbst lenken.Die klettertauglichen Roboter inspizieren demnächst vielleicht enge Kanäle oder dringen in schwer zugängliche Höhlen vor.

Die Bioniker der TU Berlin schöpfen ihre Ausgangsbasis aus der Schatzkammer der Natur und entwickeln sie mit der sogenannten Evolutionsstrategie weiter.Geeignete Software läßt Operationen, die in der Natur Jahrmillionen dauerten, im Zeitraffer des Computers ablaufen.Auf diese Wiese entstehen strömungsarme Rohrkrümmer und Regler für die Automobilindustrie.Das Team um Rechenberg entwirft energiearme Flugzeug- und Schiffsprofile, die sich an der Körperform von Delphinen und Pinguinen orientieren.

Nutzen für Verkehr und Umwelt gleichermaßen verspricht eine mittlerweile rund zwanzig Jahre zurückliegende Beobachtung des Tübinger Biologen Wolf-Ernst Reif.Er bemerkte auf der Haut von besonders schnellen Haien winzige, fein gerippte Schuppen.Diese rauhe Struktur sollte nach klassischer Theorie den Widerstand im Wasser eigentlich eher erhöhen.Dieter Bechert, Ingenieur am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin stellte jedoch bei der geriffelten Form einen etwa um rund zehn Prozent verringerten Strömungswiderstand fest.

Der Trick der Natur läßt sich per Klebefolie auch auf Schiffswände und Flugzeugrümpfe übertragen.Während die ersten mit einer sogenannten Riplet-Folie überzogenen Jachten bereits Segelrennen gewannen, wartet die Haifischhaut allerdings noch auf die Luft-Premiere.Tests an Airbussen haben die Vorteile bereits bestätigt.Der Treibstoffverbrauch kann um bis zu drei Prozent sinken, dies bedeutet eine Ersparnis um bis zu 150 000 Liter pro Jahr und Flugzeug.Vielleicht schwindet angesichts solcher Ergebnisse auch allmählich die Skepsis der Fluggesellschaften.In der Branche, in der Sicherheit im Flugzeugbau höchste Priorität hat, setzt sich Neues traditionell nur schwer durch.

Diese Erfahrung mußte auch Giannino Patone machen.Die Untersuchungen im Berliner Windkanal hatten zwar gezeigt, daß der Auftrieb bei Flugzeugen, die flexible Klappen auf den Tragflächen besitzen, länger erhalten bleibt.Auch der Praxistest mit Segelflugzeugen verlief positiv.Für die abwartende Haltung der Industrie zeigt Patone allerdings Verständnis."Der Entwicklungsaufwand für Neuerungen ist sehr hoch", sagt Patone.Für die sogenannten Rückstromtaschen schätzt er ihn auf fünf bis zehn Jahre.

Mittlerweile ist die Förderung des zeitlich befristeten Projekts ausgelaufen.Ein Verlängerungsantrag wurde vom Bonner Forschungsministerium abgelehnt.Der Ingenieur ist jetzt bei einem Unternehmen beschäftigt, das Alternativen zu Tierversuchen entwickelt.Die Arbeit macht ihm Spaß, in der Freizeit kommt er aber weiter ins Bionik-Institut, um die Promotion fertigzustellen.Es sei schade, daß das Projekt ausgelaufen sei.So könne derzeit niemand bei der Industrie für die Rückstromtaschen werben.

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