Bionik
Naturburschen erobern die Wissenschaft

Die Bionik entschlüsselt Erfindungen von Tieren und Pflanzen, um so die Technik zu verbessern und neue Produkte zu entwickeln. Im Alltag sind sie heute schon überall zu finden: auf Sportschuhen, an Hauswänden oder bei der Verkehrsplanung.

DÜSSELDORF. Viele Hausbesitzer erwärmen ihr Wasser mit Sonnenkollektoren auf dem Dach. Herzstück ist der Solarabsorber - eine dunkle Fläche, die Sonnenstrahlung aufnimmt und Energie an ein Trägermedium abgibt. Die Energieeffizienz eines solchen Wärmetauschers hängt davon ab, wie das Medium seine Kanäle durchströmt und wie hoch der Druckverlust ist. Der Wirkungsgrad bisheriger Kollektoren ist aber gering.

Michael Hermann vom Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme (ISE) nahm sich daher die Natur zum Vorbild, um Solarabsorber und andere Wärmetauscher leistungsfähiger zu machen. "Ich stellte mir die Frage: Wie würde es die Natur machen?", sagt der Wissenschaftler.

Die Antwort fand er bei Arterien, Blattstrukturen und Lungen. Auch dort müssen oft Netzwerke von Strömungskanälen für eine energieeffiziente Wärme- und Stoffübertragung sorgen. Statt auf gleichmäßige und geometrische Anordnungen - wie bei heutigen Wärmetauschern - setzt die Natur auf verzweigte Strukturen.

Hermanns Forschungen sorgten für Aufsehen: Anfang April bekam er den mit 10 000 Euro dotierten Bionic Award verliehen. Das Projekt ist nur ein Beispiel für eine im Aufschwung begriffene neue Forschungsrichtung. Wissenschaftler und Entwickler orientieren sich bei der Lösung technischer Probleme zunehmend an Vorbildern aus der Natur.

Die Disziplin hat sogar einen eigenen Namen: Bionik, ein Kunstwort aus Biologie und Technik. Die Disziplin entschlüsselt "Erfindungen" der Natur und setzt sie in die Technik um. Auf diese Weise sind etwa der Klettverschluss und selbstreinigende Fassadenfarben entstanden, die die geringe Benetzbarkeit von Lotusblättern imitieren.

Die Geschichte der Bionik reicht weit zurück. Der erste Bioniker sei Leonardo da Vinci gewesen, sagt der Forscher Knut Braun vom internationalen Bionik-Zentrum in Saarbrücken. Das italienische Universalgenie habe unter anderem den Vogelflug analysiert und versucht, seine Ergebnisse auf Flugmaschinen zu übertragen. Danach habe es viele Beispiele für Erfindungen gegeben, die sich an der Natur orientierten, sagt Braun. "Der Stacheldraht ahmt beispielsweise ein Gewächs in den USA nach, das seine Blätter mit Dornen vor dem Fraß von Wildtieren schützt."

Solar-Forscher Hermann hat gezeigt, dass auch moderne Technik noch viel von der Natur lernen kann. Mit der Erkenntnis der verzweigten Kanäle hat er ein Programm entwickelt, das die Fläche eines Wärmetauschers mit ähnlichen Strukturen überzieht. Dafür benötigt es nur einen Ein- und Austrittspunkt sowie die Kontur der Fläche. Erste Messungen geben Hermann und der Natur Recht: Sie zeigen geringere Druckverluste und eine gleichmäßigere Durchströmung als bei den bisherigen Konstruktionen.

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