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Bionik

Wer hats erfunden?

Die Bionik will die ausgeklügelten Ideen der Natur auf die Technik übertragen und sie so für den Menschen nutzbar machen. Es geht darum, die Natur zu kapieren, nicht sie zu kopieren.

Matratzen, Hygieneartikel, Kinderspielzeug – Innovationen werden heute gerne mit einem neuen Schlagwort an den Kunden gebracht: Bionik. Lernen von der Natur ist in und es lässt sich mit Mütterchen Natur auch ordentlich die Marketingtrommel rühren. Glaubt man dem Hersteller, schläft man ohne das neue Bionik-Matratzenkonzept nur halb so gut. Zum Glück für die weibliche Hälfte der Menschheit setzt ein Tamponhersteller jetzt auf einen «neuen Dreh aus der Natur»; dank bionischer Forschungsbemühungen wurde das Produkt neu mit rettenden Rillen versehen. Ein global tätiger Spielzeughersteller wiederum fesselt die Kids mit seinen «Bionicles» und deren sagenhaften Abenteuern: «Gali Nuva kann die Aquaäxte als Flossen gebrauchen und wird dadurch unter Wasser schneller.» Aber Achtung: Nicht überall, wo Bionik draufsteht, ist auch Bionik drin.

Vorbild Vogelflügel
Bionik ist eine Querschnittswissenschaft, der Begriff setzt sich zusammen aus Biologie und Technik. Die Wortschöpfung «bionics» geht auf den amerikanischen Luftwaffenmajor J.E. Steele zurück. Dieser hatte 1960 eine Tagung veranstaltet, die unter anderem das Ziel hatte, vom biologischen Sonar der Fledermäuse etwas für die Verbesserung des technischen Radars zu lernen. Die Tagung endete ohne konkretes Ergebnis für den Major, doch war der Samen gepflanzt und der Blick der Forscher für die Errungenschaften der Natur geschärft. Steele war jedoch keineswegs der erste, der Bionik betrieb. Auch dies war ein Gebiet, auf dem sich das Universalgenie Leonardo da Vinci versucht hatte – gut 450 Jahre zuvor. Um 1505 hatte der italienische Allrounder seinen «Codice sul volo degli uccelli» (Kodex über den Vogelflug) veröffentlicht. Da Vinci, ein ausgezeichneter Naturbeobachter, nutzte das technische Wissen seiner Zeit, um die Natur zu verstehen. Und er versuchte, seine Entdeckungen aus der Natur auf die Technik zu übertragen. Er entwarf eine ganze Reihe von Flugapparaten nach dem Vorbild von Vogelflügeln und den rotierenden Samen des Ahornbaums. Er machte jedoch einen grundlegenden Fehler: Seine Apparate waren zu sehr eine Nachahmung des natürlichen Vorbilds und berücksichtigten einige fundamentale physikalische Gesetze nicht oder zu wenig. Trotzdem ist Leonardo da Vinci vom heutigen Standpunkt aus der erste Bioniker.

Wie schwimmt der Wasserkäfer?
«Die Natur hat die Technik „erfunden“. Das klingt seltsam, ist aber so. Technik ist nicht erst eine Errungenschaft des Menschen. Ja, oft scheint es so, als hätten wir unsere Erfindungen unmittelbar bei der Natur abgeschaut. Und heute wissen wir, dass die Technik sich vermutlich manche Umwege hätte ersparen können, wenn sie zunächst bei der Natur nachgeschaut hätte.» Werner Nachtigall ist der Doyen der Bionik in unseren Breitengraden. Der emeritierte Direktor des Zoologischen Instituts an der Universität des Saarlandes in Saarbrücken zählt zu den Wegbereitern der Bionik weit über Deutschlands Grenzen hinaus. Als junger Wissenschaftler hatte er sich mit der Biophysik des Schwimmens bei Wasserkäfern auseinandergesetzt. An der Universität Saarland beeinflusste der Zoologieprofessor die Geschicke der Bionik seit den Sechzigerjahren des 20.Jahrhunderts. Dort knüpfte er bald Kontakte zur technischen Physik, und in den Neunzigern schliesslich etablierte er die Ausbildungsrichtung «Technische Biologie und Bionik» und gründete eine gleichnamige Gesellschaft. Heute existiert zudem das staatlich geförderte «Kompetenznetz Bionik», dem inzwischen mehr als 30 bionisch orientierte Hochschulbereiche deutscher Unis angeschlossen sind. Als Autor zahlreicher (populärwissenschaftlicher) Bücher macht Nachtigall das Thema Bionik auch einem breiteren Publikum bekannt.

Beim menschlichen Körper abgeschaut
In der Schweiz ist es etwas stiller um das Thema Bionik, über einen eigenen Lehrstuhl verfügt die Fachrichtung nicht. Das heisst nicht, dass Bionik kein Thema wäre. Im Vorlesungsverzeichnis der ETH Zürich findet sich eine Veranstaltung mit dem Titel «Naturanaloge Konstruktionen, Bauweisen und medizinische Implantate», die die Biokompatibilität als bionisches Prinzip für die Implantatentwicklung zum Thema hat. Die Vorlesung findet unter dem Dach der Abteilung Maschinenbau statt und richtet sich an Studierende der Fachrichtungen Maschinenbau, Produktions- und Betriebswirtschaften, Sportwissenschaften und Elektrotechnik: Ein breites Spektrum von Studenten, die sich für den Bereich der Medizintechnik interessieren. Im Schnitt besuchen 25 bis 35 Personen diesen Wahlfachkurs. Jörg Mayer, der die Vorlesung seit den Neunzigerjahren hält, vermittelt seinen Studenten die Methoden zur Entwicklung von in erster Linie orthopädischen Implantaten (Hüftgelenke, Kniegelenke). Thema sind aber auch Osteosynthesematerialien (Platten, Schrauben, Nägel) sowie das so genannte Tissue Engineering (Regeneration von Knochen, Sehnen und Bändern). Der Kurs betrachtet die grundlegenden Fragestellungen der Implantologie und berücksichtigt bionische Aspekte. «Früher passte man den Patienten dem Implantat an, heute versucht man, das Implantat dem Patienten anzupassen. Um das zu erreichen, müssen wir mit dem bionischen Ansatz zuerst verstehen, wie der Körper selbst ein Problem löst, um es dann nachbilden zu können», erklärt Mayer. Vor allem in der Medizintechnik habe man sich, so Mayer, schon immer an der Natur (dem menschlichen Körper) orientiert. In diesem Sinne sei Bionik gar kein so neuer, geschweige denn exotischer Ansatz, stellt er fest.

Natur nutzen, nicht ausnutzen
Und doch wird Bionik immer wieder gerne als neuer Ansatz verkauft. Auch die Weltausstellung 2005 im japanischen Aichi steht unter dem Motto «Nature’s Wisdom», Weisheit der Natur. Natürliche Lösungsmodelle als Vorbilder für technische Innovationen werden auch hier gefördert und gefordert. Es ist klar: Es gibt kaum eine Branche, die von den in Jahrmillionen ausgereiften Ideen der Natur nicht profitieren könnte. Das Spektrum der natürlichen Vorbilder für Konstruktionen, Verfahren und Prozesse ist breit gestreut und reicht laut Nachtigall von Architektur und Bauwesen über die Energie- und Oberflächentechnik bis hin zum Verkehrswesen, zu Sensoriksystemen und Informatikprozessen sowie zu neuartigen Werkstoffen und Verbundmaterialien. Der Wissenschaftsjournalist Kurt Blüchel postuliert: «Wir könnten uns allerdings viel Zeit und noch mehr Geld sparen, wenn Biologen und Ingenieure, Architekten und Genetiker, Soziologen und Zoologen, Manager und Verhaltensforscher, Designer und Nanotechnologen, Politiker und Mediziner k ünftig an einem Strang ziehen würden, um die ungeheure Fülle evolutionärer Vorbilder zum wirtschaftlichen Vorteil unserer Gesellschaft zu nutzen.» Der Respekt vor der Weisheit der Natur sollte aber immer zum Ziel haben, dass wir die Natur kapieren, nicht kopieren, dass wir sie nutzen und nicht ausnutzen.

Buchtipps:
Werner Nachtigall und Kurt G. Blüchel: Das grosse Buch der Bionik. Neue Technologien nach dem Vorbild der Natur. ISBN 3-421-05379-0
Kurt G. Blüchel: Bionik – Wie wir die geheimen Baupläne der Natur nutzen können.
ISBN 3-570-00850-9


Aus: Bulletin der Credit Suisse 2.05