Bionik – Zukunftstechnik lernt von der Natur 2. September 2001 – 24. Februar 2002 Wer die Zukunft verstehen will, muss diese Ausstellung sehen! Bionik - Natur als Vorbild Das Wort "Bionik" leitet sich aus einer Kombination der beiden Begriffe "Biologie" und "Technik" her. Das junge, interdisziplinäre Forschungsgebiet verbindet Biologie vor allem mit den Ingenieurwissenschaften, der Architektur und der Mathematik. Ziel der Bionik ist die Übertragung von Problemlösungen der Natur in den Bereich der Technik, um die in Jahrmillionen entwickelten und optimierten "Erfindungen der Natur" zu nutzen. Analogien: "Kopien" ohne Vorbild Es ist verblüffend, dass Natur und Technik bisweilen sehr ähnliche Problemlösungen gefunden haben. Die technischen Lösungswege wurden dabei ganz ohne Vorkenntnis der Natur entwickelt. Dennoch erscheint die technische Lösung fast wie eine Kopie der Natur. -- - Am Anfang war der Vogelflug Jahrhundertelang bemühten sich die Menschen vergeblich, sich vogelgleich mit schlagenden Flügeln in die Lüfte zu erheben. Die exakte Nachahmung des Vogelfluges, per Muskelkraft mit eigenem Schlagflügelpaar gleichzeitig Vor- und Auftrieb zu erzeugen, führte in eine entwicklungsgeschichtliche Sackgasse. Erst Otto Lilienthal erfüllte den Traum vom Fliegen, indem er sich bewusst auf den reinen Gleitflug konzentrierte. Fliegen und Schwimmen Die Eigenschaften von Vögeln und Fischen werden unter bionischen Gesichtspunkten besonders intensiv erforscht. Vortriebs- und Auftriebsmechanismen, Körperform und Oberflächenbeschaffenheit stehen im Mittelpunkt des Interesses. Die Natur hält hierzu eine Vielzahl phantastischer Lösungen parat, die in der bionischen Hydro- und Aerodynamik analysiert und für technische Anwendungen aufbereitet werden. Laufen und Greifen Als eine der grössten Erfindungen des Menschen gilt das Rad. Es bedarf jedoch ebener, hindernisfreier Strassen oder Schienen und ist hilflos in unwegsamem Gelände. Dem setzt die Natur als Bewegungsorgane Beine gegenüber. Die bionische Robotik studiert die Methodik und Steuerung natürlicher Laufapparate, etwa bei Insekten, und nutzt diese Erkenntnisse zum Bau von Laufmaschinen. Erkennen Die Natur hat eine Fülle von Sensoren entwickelt: für Licht, Schall, elektrische und magnetische Felder, Berührung und Erschütterung. Der Mensch verfügt nur über einen Teil dieser Sensoren. Er hat kein Organ für die Ortung von infrarotem Licht wie zum Beispiel die Klapperschlange oder für die Echolotung mit Ultraschall wie Delphine und Fledermäuse. Erst mit modernen technischen Verfahren ist es ihm möglich geworden, künstliche Sinnesorgane in diesem Bereich zu schaffen. Miniaturisieren Die Natur verfügt über eine enorme Palette von Mikrosystemen. Dazu gehören Miniaturgelenke und -pumpen, Koppeleinrichtungen, Filtrationssysteme, Miniaturgetriebe und Energiespeicher ebenso wie kleinste Sensorsysteme. Zwischen diesen natürlichen Systemen und den von Menschen geschaffenen liegen einige Grössenordnungen. Erst in jüngster Zeit gelingt es, mit Hilfe der Mikrosystemtechnik Geräte herzustellen, die die Dimensionen solcher natürlicher Systeme haben. - Bauen Der Aufbau von Pflanzen und Tierskeletten gilt als meisterliche Konstruktion. Die erforderlichen Festigkeiten werden bei kleinstmöglichem Gewicht und geringstem Materialaufwand erreicht. Mit bionischem Bauteiledesign versucht man, diese erstrebenswerten Eigenschaften auch auf technische Konstruktionen zu übertragen. Biologische Systeme zeichnen sich auch durch besonders harmonische Formen und Farben aus. In der Architektur führen Seifenhaut-, Hängenetz- oder Gitterschalenmodelle zu funktional und ästhetisch überzeugenden Lösungen. Falten und Verpacken Faltstrukturen in der Natur helfen Platz sparen oder Platz schaffen, etwa für Wachstum oder Bewegung. Sie können darüber hinaus auch schützen oder festigen. So entstehen nach dem Prinzip der Palmblätter kinetisch gekoppelte Faltflächen, die im aufgefalteten Zustand formstabil sind und sich dennoch zuverlässig auf- und zusammenfalten lassen. Technisch angewandt wird dies in der Verpackungsindustrie oder in der Raumfahrt. Nutzen und Schonen Mit Hilfe der Energeto- und Klimabionik versucht man, die vorhandenen begrenzten Energievorräte zu schonen und neuartige Energiequellen zu erschliessen. Das Prinzip der Photosynthese wird bei der Entwicklung neuartiger Photovoltaik-Zellen zur Stromgewinnung eingesetzt. In der Bautechnik wendet man nach dem Vorbild der Natur die transparente Wärmedämmung an. Optimieren Technische Konstruktionen entstehen im allgemeinen zielgerichtet. Die Strukturen der Natur dagegen entstehen durch Versuch und Irrtum, das heisst durch zufällig auftretende kleine Änderungen im Erbgut, die bewahrt oder verworfen werden, je nachdem, ob sie einen Überlebensvorteil bringen oder nicht. Dies führt zur Optimierung von biologischen Strukturen und Prozessen. Diese Strategie von Versuch und Irrtum kann auch zur Lösung technischer Probleme oder zur Optimierung technischer Produkte eingesetzt werden.