by Anaïs

Biomimikry (engl. biomimicry oder oft auch biomimetics / bionics genannt) setzt sich aus 2 griechischen Wörtern zusammen: „bios“ (Leben) und „mimese“ (Nachahmen) . Die zentrale Fragestellung ist: Was können wir von der Natur lernen?

Die Natur löst schon seit Jahrhunderten Probleme, denen Menschen bei der Entwicklung neuer Technologien wieder begegnen. Der Ansatz bei Biomimikry ist, die Natur als Ingenieur zu betrachten und die Lösung komplexer Probleme durch Beobachtung zu finden und zu imitieren.

Kenne ich etwas von der Natur Inspiriertes?

Biomimikry findet sich überall wieder. Den meisten Menschen ist gar nicht bewusst wie viele der Produkte oder Sachen, die sie im Alltag verwenden, von der Natur inspiriert sind. Wer hatte als Kind keine Schuhe oder Jacken mit Klettverschluss? Wer ist nicht schon mal über eine Brücke gegangen? Wer saß noch nicht in einem Flugzeug oder hat einen Kühlschrank Zuhause stehen? Und wer hat als er das letzte Mal irgendwo Unbekanntes hingefahren ist, nicht das Navi angemacht und die Route berechnen lassen? Biomimikry ist allgegenwärtig und die Analogie zur Natur ist uns oft nicht einmal bewusst.

Doch wie soll das funktionieren?

Der Prozess wie Entdeckungen im Bereich Biomimikry gemacht werden, hat viel mit Geduld, Suche und Beobachtung zu tun. Zunächst muss die eindeutige Problemstellung definiert werden. Wenn das Problem bekannt ist, dann kann man sich überlegen, wo dieses Problem in der Natur auch auftreten könnte. Hat man einmal ein analoges Problem in der Natur entdeckt, versucht man die Idee zu transferieren. Ein Beispiel: In Japan gibt es sehr schnelle Züge. Diese wurden immer schneller und es ergab sich das Problem, dass es beim Verlassen von Tunneln zu einem lauten Knall kam, da sich vor dem Zug - Shinkansen Zug im Bahnhof aufgrund seiner Form bei einer Geschwindigkeit von 300 km/h- im Tunnel ein Luftpuffer aufbaut, der beim Verlassen des Tunnels einen Knall verursachte. In den späten 90gern wurde die Spitze der Züge neu entwickelt. Ein japanischer Ingenieur, der sich für Vögel interessiert, stellte nämlich fest, dass der Eisvogel ein ähnliches Problem hat, wenn er von der Luft schnell ins Wasser taucht. Die neuen Züge sind an der Form des Vogels inspiriert (lange Schnauze) und so konnte der Knall reduziert werden (3).

Häufig ist der Entwicklungsprozess jedoch auch umgekehrt. Manchmal werden Entdeckungen oder Erkenntnisse über die Natur gemacht, die dazu führen, dass eine Verbesserung menschlicher Technologien entsteht: der zuvor erwähnte Klettverschluss ist eines dieser Beispiele. Nach Spaziergängen mit seinem Hund, fand George De Mestral sehr viele Kletten an seiner Kleidung. Inspiriert von den kleinen Widerhaken, erfand er den Klettverschluss (4). Ein weiteres Beispiel ist, dass Forscher festgestellt haben, dass Mückenstiche während des Stiches nicht wehtuen, da im Nanobereich verschiedene bewegliche Teile zusammenarbeiten. So konnten sie eine schmerzfreie Nano-Nadel entwickeln (4).

Und was können wir alles von der Natur lernen?

Biomimikry findet in sehr vielen Bereichen Anwendung: Landwirtschaft, Architektur, Ingenieurwissenschaften, Energie, Mode, Lebensmittelindustrie, Materialwissenschaften, Hygiene, Transport … Im Folgenden sind ein paar Beispiele:

Ameisen und Routenplanung Die zuvor angesprochene Routenplanung mit Navigationssystemen basiert auf diversen Algorithmen. Einer der Algorithmen ist inspiriert von Tieren. Ameisen markieren den Weg, den sie gehen, mit Duftstoffen - sogenannten Pheromone. Das heißt, je mehr Ameisen einen Weg gehen, desto stärker ist der Duft dort. Je kürzer der Weg ist, umso stärker ist die Duftspur, da die Ameisen den Weg auch häufiger gehen können, da längere Wege länger brauchen und die Pheromone mit der Zeit abschwächen. So finden Ameisen den kürzesten Weg zu ihrer Futterquelle. Dieses Phänomen wird auf Algorithmen übertragen - die Pheromone werden mathematisch berechnet und imitiert (5).

Elefant mit zwei Elefantenkinder in der Wüste Elefanten und Lebensrettung Elefanten können über den Boden über große Entfernung Kommunizieren. Sie können über den Boden mithilfe von niedriger Frequenz Signale verschicken und nehmen die Vibration mit ihren Füßen wahr (6). Dies wurde als Inspiration genutzt, damit verschüttete Bergmänner Hilfesignale nach außen schicken können. Und dabei sind Elefanten bei Weitem nicht die einzigen Tiere, deren Kommunikation untersucht wird.

Gehirn und Intelligenz Im Bereich künstliche Intelligenz finden sogenannte neuronale Netze Anwendung. Diese Netze sind inspiriert an den im Gehirn des Menschen stattfindenden Prozessen. Es wird versucht den neurologischen Aufbau des Gehirns nahezu 1 zu 1 - soweit bisher erschlossen - nachzuahmen.

Weiss-rosarote Lotusblume Lotus und saubere Autos Sehr bekannt ist wohl, dass Autos, Brillengläser und andere Oberflächen mittlerweile die Eigenschaft besitzen, Wasser perlend abzuweisen. Eine hügelige Nanostruktur der Oberfläche ermöglicht diese abweisende Eigenschaft von Wasser und Dreck. Inspiriert ist die Oberfläche vom Lotus, auf dem sich Wasser immer perlt. Kamele und Kühlschränke Kamele leben in der Wüste und haben daher immer mit großer Hitze am Tag und Kälte in der Nacht zu tun. Trotzdem können sie über sehr lange Zeit Überleben ohne zu Dehydrieren. Das liegt daran, dass sie eine dicke Fellschicht haben, die die Menge an Feuchtigkeit, die durch die Hitze verloren gehen würde, reduziert. Das MIT hat ein Kühlsystem auf dieser Basis entwickelt und konnte so Kühlung für mehr als 7 Grad Celsius ganze 5 mal länger erreichen (7).

Knochen und Brücken Brücken sind schwierig zu bauen und massive Bauten sind sowohl schwierig in der Konstruktion als auch anfällig aufgrund ihres Gewichtes. Schon mal gewundert wieso Brücken oft so verschlingende Balken haben? Viele Brücken sind an Knochen inspiriert. Vogelknochen müssen leicht sein, damit Vögel gut fliegen können. Daher haben die Knochen von Vögeln viele Hohlräume. Trotzdem sind sie sehr stabil. Diese Eigenschaft wurde beim Brückenbau imitiert (8), (9).

Auch hier sind Knochen nicht die einzige Quelle für Architektur und stabile Strukturen. Bienenwaben oder Blätter sind auch ein Beispiel für Stabilität in der Natur. Die Äderung von Blättern stabilisiert diese immer ausreichend um gerade zu stehen. Es gibt einen einfachen Versuch mit dem man das Zuhause selber ausprobieren kann: Man nimmt ein DIN-A4 Blatt und hält es mittig an der kurzen Seite fest. Wie zu erwarten, biegt es sich nach unten. Wenn man nun das Papier faltet und die Struktur der Blattadern imitiert, bleibt das Blatt bei erneutem Versuch stehen.

Vögel, Fische und Flugzeuge Schon Leonardo da Vinci hat sich bei seinen Entwicklungen von der Natur inspirieren lassen. Aktuelle Entwicklungen im Bereich Flugzeug-Innovation beschäftigen sich wieder verstärkt mit Tieren. Dabei wird versucht, die Flugzeuge effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Vögel sind natürlich naheliegen: Wie gleiten sie? Welche Form ist energieeffizient? Mit dem zuvor erwähnten Knochenaufbau können auch Flugzeuge leichter gebaut werden. Und sogar Haie finden Anwendung: Haie sind sehr schnelle Schwimmer. Ihre Schwänze fungieren als „Propeller“. Sie drücken Wasser unter ihre Flossen um Auftrieb zu erzeugen. Etwas das für Flugzeuge auch relevant und interessant ist (10).

Haie sind auch in einem weiteren Fall Quelle für Inspiration: Ihre Schuppen ermöglichen ein sehr widerstandfreies Vorankommen im Wasser. Dies findet in der Produktion von Schwimmanzügen Anwendung (11).

Eine reichhaltige Sammlung an Beispielen findet sich hier: https://biomimicry.org/biomimicry-examples/.

Faszinierend! Kann ich das auch mal versuchen?

Für jeden, der Spaß an dem Thema gefunden hat, hier eine kleine Challenge: Du sollst ein rohes Ei aus 10 Metern Höhe fallen lassen und es soll 10 Meter weit fliegen. Das Ei darf nicht kaputt gehen! Dabei musst Du Dich von der Natur inspirieren lassen und darfst keine elektronische Unterstützung (wie z.B. Drohnen) nehmen. Schick uns deine Fotos und Ideen gerne zu:)