Wie sehen Gefährte nach Vorbild der Natur aus?

Autor: Chris Löwer

Vier Milliarden Jahre Evolution sind die Basis für ausgereifte Lösungen: Die Natur steckt voll brillanter Ideen. Das Forschungsfeld der Bionik versucht, sie für uns Menschen nutzbar zu machen. Viele Ingenieure nutzen den Blick auf die belebte Welt längst als Innovationsmethode neben klassischem Engineering, beobachtet Rainer Erb. Er ist Geschäftsführer der Forschungsgemeinschaft Biokon, eines Netzwerks von etwa 80 Institutionen, die Biologie und Technologie verschmelzen lassen.

»Dieser Weg liefert schnell sichtbare Erfolge und ist in den Unternehmen angekommen«, sagt Erb. Einen Push habe die Bionik durch den 3-D-Druck erhalten: »Damit lassen sich komplexe bionische Strukturen wirtschaftlich umsetzen.« Vor allem ein Bereich profitiert von den Erfindungen der Natur: die Mobilität. Luftfahrtindustrie und Autobranche suchen nach Konstruktionen, die Energie und Material sparsam verwenden, zugleich sicher und langlebig sind. Genau das haben viele Organismen im Laufe von Jahrmillionen immer weiter verbessert. Künftig werden wir wohl häufiger fliegen, gleiten oder schwimmen, wie die Natur es uns vorgemacht hat. Wie das aussehen könnte, zeigen die folgenden Beispiele.

3-D-Druck eröffnet Bionikern ganz neue Möglichkeiten. So arbeiten die Tüftler eines Entwicklungsdienstleisters für die Autoindustrie daran, eine ganze Karosserie nach dem Vorbild einer Schildkröte zu drucken. Die Idee hinter dem Projekt »Edag Genesis«: So wie der Panzer dem Millionen Jahre alten Reptil Schutz bietet und Stöße dämpft, so soll auch das Auto der Zukunft dem Fahrer Sicherheit geben. Deshalb konstruieren die Ingenieure genau nach dem Muster der Natur: Fahrwerk und Karosserie bilden eine Einheit, geradeso wie der Rundumschutz der Schildkröte. Eine Metallstruktur durchzieht den Panzerwagen, ähnlich dem Knochenskelett, das der Schildkröte Halt verleiht. Dadurch soll das Auto unverwüstlich werden. Erst der 3-D-Druck ermöglicht es den Konstrukteuren, diese komplexen organischen Strukturen nachzubilden.

Wer technische Probleme nach Vorbildern der Natur lösen will, begibt sich mitunter auf eine lange Reise. Vor allem aber braucht es Fantasie: Wie könnte das, was Flora und Fauna im Laufe von Jahrmillionen durch Versuch und Irrtum in der Evolution entwickelt haben, einmal dem Menschen nutzen? Airbus, der größte Flugzeughersteller der Welt, hat in einer Studie einen Blick weit in die Zukunft geworfen, genauer: in das Jahr 2050. Dann, so die Vision, könnten die Kabinen von Passagiermaschinen teilweise transparent sein.

Möglich würde dies, wenn es gelänge, die Konstruktion des Skeletts von Vögeln auf die Bauweise des Fliegers zu übertragen. Denn ein Vogelknochen ist keineswegs massiv. In seinem Inneren verleiht eine unregelmäßige Struktur aus Verstrebungen und Luftkammern Stabilität bei gleichzeitig minimalem Materialaufwand. Eine geradezu ideale Kombination, die Flugzeugbauer zum Knobeln anregt. Noch ist die Vogelknochen-Konstruktion nur ein Gedankenmodell. Doch »Biomimikry«, wie Ingenieure die Bionik auch nennen, gehört inzwischen zum Werkzeugkasten der aeronautischen Tüftler: So studieren sie die Schwingen von Eulen, aber auch die Flossen von Haien oder die Flugweise des Albatros – um die Luftfahrt in die Zukunft zu führen.

Extrem leicht und extrem stabil soll er sein, der sportliche Zweisitzer. Ein kniffliger Zielkonflikt. Den ein weiter Rückblick in die Evolution lösen kann: Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) ließen sich nämlich von einem Simosaurus-Schädel für ihren Sportwagen inspirieren. Der Roadster soll mit Fahrer maximal 500 Kilogramm auf die Waage bringen. Das erfordert eine ausgeklügelte Konstruktion des Chassis. Über genau die verfügt der Dino. Bei der Jagd und beim Fressen wurde der Kopf des Räubers so beansprucht wie ein Auto, das sich auf einer schlechten Fahrbahn verwindet.

Mehr noch: Der parabelförmige Dino-Kiefer mit etlichen Aussparungen widerstand laut den Forschern beim schnellen Schnappen nach Beute und Reißen des Leckerbissens ähnlich hohen Kräften wie ein Fahrzeug beim Crash. All das haben die Wissenschaftler am Computer simuliert und die Struktur für das Chassis entsprechend berechnet. Die Visionäre sind überzeugt: Der bionische Fahrzeugbau ist eine reiche Inspirationsquelle für neuartige, robuste und zugleich Material sparende Konstruktionen.

Kabinenwände nach Vorbild des Schleimpilzes und Schiffsanstriche mit Haihaut-Struktur: Mehr bionische Designs finden Sie in Ausgabe 03/2021 des P.M. Magazins.