Innovationspotenzial aus der Natur
Gegenstand der Bionik ist die systematische Analyse der Errungenschaften der biologischen Evolution und die Übertragung der Befunde in die Entwicklung innovativer Produkte, Systeme oder Verfahren. So zählt die Bionik seit geraumer Zeit zu den Innovationstechnologien und erfreut sich insbesondere seitens der Industrie eines starken Interesses.
Die Nachfrage nach verbesserten Lösungen nach biologischem Vorbild wächst, und aus dem Bereich der Grundlagenforschung steigt die Anzahl der Innovationsimpulse stetig. Die nicht selten spektakulären biologischen Phänomene werden in einem Biology-Push-Process zunächst analysiert und im Rahmen eines Abstraktionsprozesses in technische Anwendungen überführt. Dabei sind die generierten Innovationssprünge oftmals hoch, wie das Beispiel des Lotus-Effects ® deutlich macht. Das biologische Vorbild demonstriert hier, dass es eben nicht die glatten, auf Hochglanz polierten Oberflächen sind, die besonders einfach zu reinigen wären. Spezifische Oberflächenrauhigkeiten können ganz entscheidend dazu beitragen, dass Partikel nur schwach anhaften.
Auch der umgekehrt verlaufende Technology-Pull-Process liefert unübersehbare Erfolge. Immer häufiger stößt hierbei die gezielte Suche in der belebten Natur nach der Lösung technischer Probleme auf attraktive Ansätze. Zwar sind hier die Innovationssprünge geringer, aber die problemorientierten Aktivitäten verkürzen die Transferzeiten des Know-hows aus der Wissenschaft in die Wirtschaft beträchtlich. So konnten unlängst Befestigungssysteme nach biologischem Vorbild entwickelt werden, die es ermöglichen, materialsparende Struktur- und Dämmbaustoffe in Leichtbauweise in einen breiteren Einsatzbereich zu überführen. Seit geraumer Zeit finden diese Leichtbauelemente Verwendung in der Luftfahrtindustrie wie im Bauwesen. Das Konstruktionsprinzip ist einfach, zwei stabile, dünne Außenschichten umschließen einen fast hohlen Kern, der meist aus Wabenplatten oder Schaummaterialien besteht. Die Vorteile liegen auf der Hand, die Montage vereinfacht sich und die Material- und damit Gewichtsersparnis ist groß. Allerdings lässt sich an solchen Ultraleichtwänden kaum noch etwas befestigen. Inspiration für zerstörungsfreie wie reversible Befestigungssysteme liefern dann biologische Vorbilder wie pflanzensaftsaugende Zikaden und Wanzen. (www.bionik.hs-bremen.de).
Das ursprünglich zwischen Natur- und Ingenieurwissenschaften angesiedelte Arbeitsfeld der Bionik umfasst inzwischen auch Fachgebiete wie Architektur und Design bis hin zu den Wirtschaftswissenschaften. Insbesondere die Logistik steht aktuell im Fokus. Nicht zuletzt die weltweit anschwellenden Warenströme und Transportvolumina intensivieren die Suche nach energieeffizienten Transportsystemen und einem zeitverkürzenden Warenumschlag. Biologische Transportketten scheinen hierbei attraktive Anregungen zu bieten. So liefern biologische Sozietäten wie Zellverbände, Rudel bis hin zu Staaten und Schwärme eine Vielzahl unterschiedlicher Inspirationen für Informationsmanagement, Warenlogistik, Arbeitsteilung und Wertschöpfungsketten. Die Analogiebildung steht hier vor besonderen Herausforderungen, da zunächst eine gemeinsame Sprache gefunden werden muss, in diesem Fall zwischen Biologie und Ökonomie. Aber zumindest eine Regel scheint spontan übertragbar: so wenig wie möglich, so viel wie nötig.
In den Frühphasen der Bionik standen eher makroskopische Objekte und Phänomene im Vordergrund, insbesondere die Fortbewegung der Tiere. So entstanden biologisch inspirierte Robotiksysteme wie autonome Laufmaschinen, Unterwasserfahrzeuge und Flugobjekte für unterschiedliche Aufgaben- und Einsatzgebiete. Und nicht zu vergessen, das Vorzeigeprodukt der Bionik schlechthin: das Flugzeug. Ohne die jahrhundertelangen Bemühungen, es den Vögeln gleichzutun, ist diese Entwicklung kaum denkbar.
Kontinuierlich verbesserte Analyseverfahren erweitern heute die Suche in den Nanokosmos hinein und liefern detaillierte Einsichten in die Konstruktionsprinzipien biologischer Systeme und Strukturen. Die Befunde reichen dabei bis auf die Ebene der Moleküle, die Basisbausteine der belebten Natur. Und hier scheint das Innovationspotenzial nahezu unerschöpflich. Zellulare Membranoberflächen liefern die Vorbilder für molekulare Schalter oder molekulare Erkennungsmechanismen. Diese dienen u. a. dem Erkennen von chemischen Substanzen unterschiedlicher Art und Wirkung. Auch die Analyse einzelner Moleküle birgt eine Fülle von Inspirationen wie DNA-Computer, die völlig neue Speicherkapazitäten für die Informationsverarbeitung bieten. Bakterielle Syntheseprozesse zeigen zudem, dass Energie aus jeder Art von Materie unter allen erdenklichen Umgebungsbedingungen zu gewinnen sei, ein schier unerschöpfliches Potenzial.
Das immense Innovationspotenzial der Bionik stößt auch in der Öffentlichkeit auf wachsendes Interesse. Das rührt sicherlich daher, dass das Lernen von der Natur nicht selten zu nachhaltigen Technologien mit hoher Akzeptanz führt. Verstärkung findet diese Akzeptanz in Bionik-Produkten wie etwa dem giftfreien Antifouling nach biologischem Vorbild (Haifischhaut®). Dieser Anstrich gegen das Faulen, der im Gegensatz zu herkömmlichen Antibewuchsanstrichen für Schiffe und andere Unterwasserkörper den organischen Bewuchs nicht durch chemische Komponenten, sondern durch physikalische Wirkprinzipien verhindert, mit durchschlagendem Erfolg: Die Schiffrümpfe bleiben frei von Bewuchs und das Wasser frei von Toxinen (www.bionik.hs-bremen.de).
Dabei muss jedoch deutlich gesagt werden, dass Bionikprodukte nicht per se ökoverträglich und nachhaltig sind; auch eine aus bionischem Entwicklungsprozess entstandene Technologie kann Gefahrenpotenziale bergen. Doch im Allgemeinen scheinen die Forschungsgegenstände ökoverträglich zu sein. In jedem Fall gilt: Der Blick in die Natur lohnt sich, auch wenn diese keine einfachen Kopiervorlagen bietet. Die Beschäftigung mit der immensen Fülle von biologischen Vorbildern zur Einsparung von Material oder Energie oder beidem, mit cleveren Mechanismen und Strukturen, intelligenten Systemen und Strategien beinhaltet ein disziplinübergreifendes Kreativitätstraining. Die sich daraus entwickelnden Erfindungen und Innovationen gilt es zu heben, die Zeit hierfür ist reif.
Antonia B. Kesel ist Professorin und Leiterin des Bionik-Innovationszentrums an der Hochschule Bremen (akesel@bionik.hs-bremen.de). Seit 2004 Vorsitzende der Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik e.V., seit 2009 Vorsitzende der VDI-Gesellschaft Technologies of Life Sciences, seit 2010 stellvertretende Vorsitzende der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e.V.
Böll.Thema 2/2011
Grenzen des Wachstums. Wachstum der Grenzen.
Dieses Heft erörtert die Utopie einer „ökologischen“ Moderne aus unterschiedlichen Perspektiven. Peter Sloterdijk z.B. diskutiert die Alternativen eines auf Selbstbeschränkung zielenden grünen Puritanismus und einer Erweiterung der Grenzen der Natur durch eine Verschmelzung der Biosphäre mit der Technosphäre. Weitere Beiträge beziehen sich auf die weltweite Jagd nach Rohstoffen, die Lektionen aus der atomaren Katastrophe in Japan und auf die Diskussion um Wachstumsverzicht.
