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Heilkräfte der Natur – Selbstreparierende Materialien

Natürliches Vorbild für bionische Selbstreparatur-Systeme ist die Wundheilung bei Pflanzen und Tieren. Risse, Kratzer, Abschürfungen sowie Biss- und Schnittwunden sind im Leben von Pflanzen und Tieren alltägliche Vorkommnisse. Wissenschaftler interessieren sich insbesondere für die Heilungsprozesse bei Pflanzen. Denn hier erfolgt die erste Phase der Selbstheilung allein durch physikalische und chemische Prozesse, die sich leicht auf andere Materialien übertragen lassen.

Lianen – Vorbilder für pneumatische Strukturen
Lianen sind Kletterpflanzen mit einem verholzten Stamm. Sie weisen in geringem Abstand Ringe aus verholzten Zellen auf, die der Stabilisierung dienen. Doch während die Pflanze wächst, reißen diese Festigungsringe immer wieder auf. Um die Stabilität nicht zu gefährden, müssen die Risse sehr schnell wieder verschlossen werden. Diese Aufgabe nehmen benachbarte Zellen wahr. Nachbarzellen dringen in den Riss ein und füllen ihn zunächst lediglich aus. Dann quellen die Zellen auf und verschließen den Riss vollständig. Erst jetzt setzten Prozesse zur Versteifung und weiteren Verfestigung der eingerissenen Stelle ein. Das heißt, dass die Selbstheilung in zwei Schritten erfolgt:
1. Versiegelung des verletzten Gewebes und
2. Aushärten und Versteifen der verletzten Stelle zur Wiederherstellung der Stabilität.
Aus dem ersten Schritt des Selbstheilungsprozesses bei Lianen konnte eine bionische Anwendung geschaffen werden. Hierbei handelt es sich um selbstheileilende Membranen für pneumatische, also luftgefüllte Strukturen, wie zum Beispiel Reifen.

Sich selbst reparierende Autoreifen
Den selbstreparierenden Autoreifen gibt es bereits. Der Reifen besitzt über eine elastische innere Schicht. Dringt nun ein Nagel in den Reifen ein, so gibt die innen liegende Schicht nach. Wird der Nagel dann entfernt, so schmiegt sich die elastische Schicht von innen an das entstandene Loch im äußeren Reifen und dichtet es ab. Ein geniales System zur Vermeidung von Reifenpannen! Das Ganze funktioniert natürlich auch bei Fahrradreifen.

Tensairity®-Technologie
Pneumatische, also luftgefüllte, Strukturen sind äußerst leicht und damit einfach zu transportieren und gleichzeitig sehr stabil. Luftgefüllte Brücken halten sogar das Gewicht eines Personenkraftwagens aus. Die Tensairity®-Technologie ist eine Kombination aus einem mit Luft gefüllten Körper, wie zum Beispiel einer Röhre, und konventionellen Zug- und Druckelementen, also Stäbe und Kabel oder Stahlträger im Inneren. Die Demonstrationsbrücke aus Tensairity®-Balken mit PVC-beschichteter Membran hat eine Spannweite von acht Metern. Obwohl die Balken selbst nur 160 Kilogramm wiegen, trägt die Konstruktion ein 1,5 Tonnen. Da der Auf- und Abbau solcher Brücken schnell und einfach funktioniert und das Transportgewicht der Brücke gering ist, sind solche Anwendungen für mobile Einsätze, zum Beispiel bei der Bundeswehr, interessant. Weitere Anwendungen könnten Überdachungen von großen Hallen, Sportstadien und Plätzen sein – wie am Beispiel des Parkhauses in Montreux gezeigt. Anwendungsmöglichkeiten bestehen auch für pneumatische Luft- und Wasserfahrzeuge sowie luftgefüllte Möbel, Luftmatratzen und Schlauchbote. In den französischen Alpen gibt es bereits eine Tensairity-Brücke für Ski-Fahrer.

Quellen:

  • IDW: „Pflanzen als Vorbild“, Pressemitteilung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 28.05.2010
  • "Bionik – Der Natur abgeschaut“, Birgit Kuhn, Jürgen Brück, Naumann & Göbel Verlag, Köln, S. 140

 

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