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Abgekupfert von der Natur

Vorbild des Learning Grippers ist die menschliche Hand. Er erlernt das Greifen eines Gegenstandes selbstständig.
Vorbild des Learning Grippers ist die menschliche Hand. Er erlernt das Greifen eines Gegenstandes selbstständig.Festo
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Die Biomimikry setzt Konzepte der Natur in Technik um. Heraus kommen dabei Laufroboter, die der Stabheuschrecke ähneln, oder ein Ultraschallmodem, das Delfine imitiert.

Wer in der Wüste lebt, wo die einzige verfügbare Flüssigkeit aus kleinsten Nebeltröpfchen besteht, muss sich etwas überlegen, um nicht zu verdursten.

Der Schöpfung fiel dazu der namibische Nebeltrinkerkäfer ein. An winzigen Erhebungen seiner Flügeldecken können Tautröpfchen kondensieren und sich sammeln. Sind sie groß genug, um seitlich herunterzukullern, gelangen die Tropfen in mit Wachs ausgekleidete Miniaturkanäle und fließen durch den Kapillareffekt zum Mund des Käfers. „Eine im Detail extrem ausgefeilte Einrichtung der Natur. Kanaldurchmesser, Wachsauskleidung und die kleinen Hubbel, an denen das Wasser gesammelt wird, müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein. Sonst würde das System nicht funktionieren, und der Käfer wäre in seiner Umgebung nicht lebensfähig“, erklärt der deutsche Biologe Reinhard Junker.

Ein besonderes Interesse an funktionalen Wunderwerken der Natur hat Michael Pawlyn. Der britische Architekt gilt als einer der leidenschaftlichsten und angesehensten Verfechter der Biomimikry (auch: Biomimetik, Biomimese oder Bionik). „Während der Mensch immer nur einzelne Ingenieursleistungen optimiert, damit aber insgesamt ineffizient bleibt, sind biologische Systeme in der Lage, effiziente Gesamtlösungen zu produzieren. Ich vertraue demnach lieber auf 3,8 Milliarden Jahre erfolgreiche Forschung und Entwicklung von Mutter Natur“, so Pawlyn. Vor 15 Jahren machte er sich als Architekt bei der Entwicklung des Eden Projects – eines botanischen Gartens in Cornwall, England, mit den derzeit größten Gewächshäusern der Welt– einen Namen. 2007 gründete er das Unternehmen Exploration Architecture und widmet sich seitdem exklusiv der Biomimikry.


Delfine und Tsunamis. An Naturwundern, die Menschen zu kreativ-innovativen Entwicklungen inspirieren, herrscht kein Mangel. Die raue Blattoberfläche der Lotusblume dient längst als Vorzeigebeispiel für selbstreinigende Oberflächen. Aus Untersuchungen zum sechsbeinigen Laufen der indischen Stabheuschrecke wurde die Mechanik und Bewegungssteuerung des Laufroboters Lauron abgeleitet. Nach dem Vorbild von Pflanzensamen entstanden Flugobjekte wie Gleitflieger und Fallschirme. Und die ausgeklügelte Verständigung von Delfinen führte zur Entwicklung eines Ultraschallmodems, das mittlerweile als Tsunami-Frühwarnsystem eingesetzt wird.

Auch in der industriellen Automatisierung ist man mittlerweile auf den biomimetischen Geschmack gekommen. „Kleiner, schneller, leichter, effizienter, flexibel, intelligent und höchst kommunikativ – das sind die Ziele in der Automation. In der Natur kann man sich da einiges abschauen“, meint dazu Wolfgang Keiner, Geschäftsführer von Festo Österreich.


Vorbild Fischschwanz. Der Automatisierungstechnik-Spezialist Festo hat mit seinem unternehmenseigenen Forschungsverbund Bionic Learning Network in Zusammenarbeit mit Hochschulen, Firmen und Instituten bereits Konkretes vorzuweisen. So wurde beispielsweise mit dem Fin Gripper ein Greifer entwickelt, der sich dank seiner ungewöhnlichen Konstruktion verschiedensten Konturen flexibel anpassen und somit unterschiedlich geformte Objekte behutsam greifen kann. Zur Anwendung kommt dabei ein Effekt, der aus der Bewegung einer Fischschwanzflosse abgeleitet ist.

Einen Schritt weiter geht Festo mit der Entwicklung des Learning Grippers, der nach Vorbild der menschlichen Hand in der Lage ist, eine komplexe Handlung wie das Greifen und Orientieren eines Gegenstands selbst zu erlernen. Ein Weg zur Fabrik von morgen, bei dem von der Natur inspirierte lernfähige Maschinen im Einsatz sind. Die Gefahr, dass die Technik die Natur einmal überholt, sieht Keiner nicht: „Wir werden nicht übertrumpfen, was sich in Jahrmillionen entwickelt hat.“

Ziel ist vielmehr ein sinnvolles Zusammenspiel, „ohne dass uns die Natur immer öfter in die Schranken weisen wird“. Für natürliche Oberflächen-Nanostrukturen und deren technische Nachbildung interessieren sich wiederum die Forscher der Joanneum Research. Vor zwei Jahren wurde in Weiz bei Graz eine sogenannte Rolle-zu-Rolle-Anlage installiert, die revolutionäre Anwendungen in Elektronik, Optoelektronik, Fotovoltaik oder Sensorik in Aussicht stellt. „Eine auf einer Rolle aufgewickelte Folie mit einer Maximalbreite von 300 mm und einer Länge von bis zu 500 Metern wird als Basis für die Aufbringung von Materialien und Strukturen verwendet“, erläutert Dieter Nees von Joanneum Research Materials. Ziel ist ein industrietaugliches Verfahren, um Nanostrukturen schnell und großflächig, sozusagen am laufenden Band, zu erzeugen.


Solarzellendesign. Denn von der Natur übernommene Nanostrukturen sind stark gefragt. Sie können die Effizienz von Solarzellen steigern, die Entspiegelung und Farbgebung von Oberflächen beeinflussen oder die Geschwindigkeit elektronischer Schaltungen erhöhen. Architekt Michael Pawlyn ist derweil mit seinem Lieblingsprojekt, der Sahara Forest, beschäftigt.

Der ehrgeizige Plan lautet, der Wüste Vegetationsleben zurückzugeben sowie ganze Städte in Nordafrika und im Mittleren Osten mit Energie zu versorgen. Dem namibischen Nebeltrinkerkäfer, der sich das Wüstenwasser direkt in den Mund serviert, hat Pawlyn dabei eine Hauptrolle zugedacht – als perfekte Designvorlage für meereswassergekühlte Gewächshäuser mitten in der Sahara.

Natur wird Technik

Natur in nachhaltige Architektur übersetzt das Team vonwww.exploration-architecture.com.

Der Automatisierungstechnik-Spezialist Festo entwickelt zum Beispiel Greifarme. www.festo.com


Natürliche Oberflächen-Nanostrukturen bilden die Forscher von Joanneum Research nach.

www.joanneum.at

("Die Presse", Print-Ausgabe, 08.12.2013)