Bionik: Die Natur als Lehrmeister

Klettverschluss – der Klassiker:

Auch wer die Pflanze „Große Klette“ nicht kennt, weiß zumindest eines: Eine Klette wird man so schnell nicht wieder los. Das fiel auch dem Schweizer Georges de Mestral auf, als beim Wandern im Fell seines Hundes Kletten hängen blieben. Unter dem Mikroskop zeigte sich: Die Stacheln der Klettenfrucht hatten an ihrer Spitze winzige Widerhaken, die sich im Fell festhakten und auch beim Entfernen nicht abrissen. Nach einigen Jahren Arbeit gelang es dem Ingenieur, die Stacheln zu imitieren. 1951 meldete Mestral den Klettverschluss, wie er heute bei Schuhen, Rucksäcken, Windeln etc. üblich ist, als Patent an: Der Schnellverschluss besteht aus zwei Nylonstreifen. Einer trägt flexible Widerhaken, der andere viele kleine Schlaufen. Drückt man sie aufeinander, hängen sie zusammen. Eben wie Kletten.

Bremsen wie eine Katze:

Bewegt sich eine Katze schnell, sind ihre Pfoten schmal. Stoppt sie jedoch in schnellem Lauf, spreizt sie die Ballen ihrer Pfoten und vergrößert damit ihre „Bremsfläche“. So wird mehr Kraft auf den Boden übertragen als beim Laufen und das erhöht die Bremswirkung. Diesen Effekt haben Reifenhersteller kopiert, um die Sicherheit im Verkehr zu verbessern. Sie haben Autoreifen mit spezieller Oberflächenstruktur entwickelt, die während der Fahrt schmal bleiben und beim Bremsen breiter werden. Die größere Bremsfläche erhöht die Haftung und verringert den Bremsweg. Das Auto bleibt schneller stehen.

Kleben wie ein Gecko:

Dieses kleine, 50 bis 100 Gramm schwere Reptil läuft vollkommen glatte Wände hinauf und hinunter. Es kann kopfüber an der Wand hängen und sich dabei nur mit einem Zeh an der Scheibe des Terrariums festhalten. Diese unglaubliche Klebekraft bewirken Milliarden von Nanohärchen unter seinen Füßen.

Das Stuttgarter Max-Planck-Institut für Metallforschung hat die „Gecko-Hafttechnik“ studiert, chemisch rekonstruiert und einen Trockenkleber als Patent angemeldet. Das „Nanoklebeband“ soll bald in Produktion gehen: Es klebt auf jedem Untergrund sehr fest. Trotzdem ist es leicht und ohne Spuren wieder abzulösen und sehr oft verwendbar.

Künstliche Photosynthese:

Pflanzen „fangen“ mit dem Blattgrün das Sonnenlicht ein. Das Licht verwandeln sie durch die Spaltung von Wassermolekülen in den Nährstoff Zucker und speichern dann diese chemische Energie. So produzieren Pflanzenzellen selbst ihre Nahrung: aus Wasser, CO2 und Licht. Diesen Prozess nennt man Photosynthese.

Die Wissenschaft arbeitet an einem „künstlichen Blatt“, um den Prozess technisch nachzuahmen. Das Ziel: Mit Sonnenlicht und Wasser Energieträger wie Wasserstoff und Biosprit herzustellen. Experimente am Massachusetts Institute of Technology haben gezeigt: Mit einem Katalysator auf einem winzigen Solarmodul, etwas Wasser und Sonne kann man Wasser spalten, Wasserstoff und damit Energie erzeugen.

Kameras wie Insektenaugen:

Insekten haben Facettenaugen, die aus Hunderten einzelner dünner Linsen bestehen, bei Libellen sind es sogar Tausende. Die halbrunden Augen sitzen seitlich. Jede Linse sieht nur einen Ausschnitt – Fliege & Co. können in einer Sekunde bis zu 300 Bilder getrennt wahrnehmen. Dann setzen sie die Einzelbilder zu einem Bild zusammen.

Am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena haben Physiker das Facettenauge nachgebaut und so extrem flache Kameraobjektive (0,2 Millimeter) entwickelt. Für Digitalkameras reicht die Auflösung der Mikrolinsen nicht. Doch die künstlichen Facettenaugen sollen sich als Sensoren in Fahrzeugen nützlich machen: als unsichtbare Überwachungskameras, die z.B. ein Alarmsignal auslösen, wenn der Fahrer „wegdöst“.

Die Haut der Haie:
Mit Geschwindigkeiten bis zu 70 Stundenkilometern gehören Haie mit zu den schnellsten Schwimmern
der Tierwelt. Dafür sorgen winzige Längsrillen auf den Schuppen der Haut. Sie bilden eine stromlinienförmige Struktur, die sich nahtlos über den Körper des Hais erstreckt und den Strömungswiderstand verringert. Riblet-Folie: Haihaut findet sich als sogenannte
Riblet-Folie im See- und Luftverkehr. 2010 beklebte ein findiger Skipper sein Segelboot mit der Folie – und
gewann prompt den renommierten „America’s Cup“

Blütenrein: Nicht umsonst gilt die Lotusblume in Asien als Symbol der Reinheit:
Mikroskopisch kleine Hügel auf ihren Blättern verhindern, dass Wasser haften bleibt. Die
Tropfen perlen ab und reißen jeglichen Schmutz mit sich. Lotuseffekt: Der deutsche Botaniker
Wilhelm Barthlott entdeckte den Lotuseffekt in den 70er-Jahren. Nach langer Forschung
gelang es ihm, das Prinzip auf Alltagsgegenstände wie
Waschbecken oder Fensterglas
anzuwenden – die selbstreinigende
Oberfläche war erfunden.

Auf Adlers Schwingen:
Im Gleitflug spreizen Greifvögel die Enden ihrer Flügel
auseinander. Dadurch verkleinern sie die kleinen
Randwirbel am Flügelende und verringern so den
Luftwiderstand.
Winglets: Nicht nur bei Greifvögeln, auch bei Fliegern
finden wir die aufgestellten Flügelchen (englisch:
winglets). Sie sorgen je nach Flugzeugtyp für
einen stabileren Flug und für bis zu fünf Prozent
geringeren Kerosinverbrauch.