Bionik

Bionik ist ein Kunstwort aus Biologie und Technik und bedeutet „Lernen von der Natur für eine verbesserte Technik“.

Die Natur hat in ihrer Jahrmillionen andauernden Evolutionsgeschichte perfekt an die Umwelt angepasste Organismen hervorgebracht. Oft sind die Erfindungen der Natur erstaunlich einfache, effektive und energie- sowie materialsparende Konstruktionen. Der  interdisziplinäre Forschungszweig Bionik versucht die Errungenschaften der Natur für den Menschen nutzbar zu machen. Dies läuft in der Regel in zwei aufeinander folgenden Schritten ab:

  1. Zunächst werden natürliche Abläufe erforscht. Diese Grundlagenforschung betreibt die "Technische Biologie", ein Forschungszweig der Biologie.
  2. Nachdem biologische Funktionsprinzipien entschlüsselt sind, erfolgt ihre Übertragung auf technische Anwendungen.

Bionische Forschung beinhaltet also mehr als das einfache Kopieren biologischer Vorgänge. Eine echte bionische Erfindung, wie z. B. die Wandfarbe mit dem Lotuseffekt für sich selbst reinigende Fassadenwände, hat stets ein biologisches Vorbild. In diesem Fall diente die Lotuspflanze als natürliche Vorlage.

Neuer Begriff für eine alte Wissenschaft
Die Natur diente dem Menschen schon immer als Vorbild. Da Pflanzen und Tiere dem Menschen in vielen Bereichen deutlich überleben sind, ließ sich der Mensch bereits häufig von den Lösungen der Natur inspirieren.

Einer der wohl bekanntesten Naturbeobachter und Ingenieure ist das Allroundgenie Leonardo da Vinci. Um 1500 fertigte er Zeichnungen von Schlagflügel-Flugapparaten nach dem Vorbild der Funktionsweise von Vogelschwingen und der rotierenden Flugweise des Ahornbaumsamens. Leider waren seine Konstruktionsentwürfe nicht flugfähig, da sie bloße Nachahmungen ihrer natürlichen Vorbilder waren und die herrschenden physikalischen Gesetze außen vor ließen.

Den Begriff "Bionik" prägte 1960 der amerikanische Luftwaffenmajor Jack E. Steel auf einem Kongress in Dayton, Ohio. Denn bionische Erkenntnisse stellen ein enormes Potential für militärische Entwicklungen dar. So setze bereits die deutsche Wehrmacht im Zweiten Weltkrieg Infrarotdetektoren nach dem Vorbild der Klapperschlangen ein. Auch der V-förmige Formationsflug der Luftwaffe ist den Zugvögeln abgeschaut. Heute ist insbesondere die Robotik im Bereich der Mini-Spionage-Robotern für das Militär interessant.

Forschungszweige der Bionik
Das Forschungsgebiet der Bionik ist äußerst breit gefächert. Es umfasst zufällige Naturbeobachtungen, die den entscheidenden Einfallsblitz für eine Erfindung auslösen ebenso wie gezielte, hochwissenschaftliche Forschungen im Bereich der Nano-Technologie.

Lotusblüte - Quelle: Pixabay

Das Teilgebiet der Strukturbionik befasst sich mit Oberflächen im Nanokosmos. In diesen Dimensionen spielen Oberflächeneigenschaften – und nicht wie im Makrokosmos Volumeneigenschaften – eine besondere Rolle. Die Phänomene Lotuseffekt, das Kleben und Haften sowie optische Eigenschaften von Oberflächen lassen sich so erklären.

Die Bewegungsbionik beschäftigt sich mit dem Fliegen, Schwimmen, Laufen und Krabbeln. Im Vordergrund stehen Fragen der Strömungsanpassung, der Antriebsmechanismen und des optimalen Wirkungsgrads sowie der Materialfindung und -optimierung. Ein weiteres Forschungsfeld stellt die Robotik dar.

Die fünf Sinne des Menschen: Hören, Fühlen, Riechen, Sehen und Schmecken

Das große Feld der Sensorbionik erforscht Reize und die Informationsverarbeitung, um beispielsweise neuartige Sensoren zu entwickeln. Gerade in diesem Bereich sind Pflanzen und  vor allem Tiere dem Menschen weit überlegen. Sie sehen, hören, riechen, tasten und schmecken besser als wir Menschen es vermögen und besitzen zusätzliche Sinneskanäle für beispielsweise Ultraschall, Infrarot oder elektrische Signale. Von neuen Erkenntnissen bei der Informationsverarbeitung profitiert insbesondere die Neuroprothetik, welche vom Patienten über Nervenimpulse steuerbare Prothesen entwickelt.

Die Konstruktions- und Baubionik umfasst die Optimierung der Eigenschaften von Baumaterialien, die Bauteiloptimierung, Verfahrenstechnik sowie die bionische Architektur. Bei letztere spielen neben Konstruktionstechniken Prinzipien zur Temperaturregulation, Belüftung und Beleuchtung von Bauten eine wesentliche Rolle. Die Beschäftigung mit diesen Themen fasst man unter dem Begriff der Klimabionik zusammen.

Termitenhügel in Australien - Quelle: Pixabay