{"id":7115,"date":"2020-09-30T13:18:36","date_gmt":"2020-09-30T13:18:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.solaga.de\/?p=7115"},"modified":"2021-12-16T21:13:22","modified_gmt":"2021-12-16T21:13:22","slug":"biomimicry-biomimetik-bionik-natur-loesung-wissenschaft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.solaga.de\/en\/2020\/09\/biomimicry-biomimetik-bionik-natur-loesung-wissenschaft\/","title":{"rendered":"Biomimicry, Biomimetik, Bionik: Natur &#8211; L\u00f6sung &#8211; Wissenschaft"},"content":{"rendered":"<p><strong>Biomimicry, Biomimetik, Bionik: Relativ neue wissenschaftliche Disziplinen machen sich Beispiele aus der Natur f\u00fcr neue L\u00f6sungsans\u00e4tze zunutze.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Das Wort Mimikry stammt aus dem Englischen und bedeutet Nachahmung. In der Biologie ist Mimikry, wenn wehrlose Tiere giftige oder gef\u00e4hrliche Tiere im Aussehen nachahmen, um sich vor Fressfeinden zu sch\u00fctzen. Die Wespenschwebfliege beispielsweise weist die gleichen schwarz-gelben Streifen auf ihrem K\u00f6rper auf wie Wespen, ist jedoch im Gegensatz zu Wespen v\u00f6llig harmlos. Durch diese Tarntracht wird sie weniger h\u00e4ufig von V\u00f6geln oder anderen Feinden gefressen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed is-type-wp-embed is-provider-solaga wp-block-embed-solaga\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<div class=\"oceanwp-oembed-wrap clr\"><blockquote class=\"wp-embedded-content\" data-secret=\"p8SZVr3rlJ\"><a href=\"https:\/\/www.solaga.de\/en\/alwe\/\">Alwe &#8211; Das Algenbild: Gr\u00fcnes Design und biologischer Luftreiniger<\/a><\/blockquote><iframe class=\"wp-embedded-content\" sandbox=\"allow-scripts\" security=\"restricted\" style=\"position: absolute; clip: rect(1px, 1px, 1px, 1px);\" title=\"&#8222;Alwe &#8211; Das Algenbild: Gr\u00fcnes Design und biologischer Luftreiniger&#8220; &#8212; Solaga\" src=\"https:\/\/www.solaga.de\/alwe\/embed\/#?secret=p8SZVr3rlJ\" data-secret=\"p8SZVr3rlJ\" width=\"600\" height=\"338\" frameborder=\"0\" marginwidth=\"0\" marginheight=\"0\" scrolling=\"no\"><\/iframe><\/div>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Nachahmen der Natur<\/h2>\n\n\n\n<p>Biomimikry oder Biomimetik ist das Nachahmen oder Imitieren der Natur zum L\u00f6sen komplexer menschlicher Problemstellungen. Hierbei geht es nicht nur um technische Probleme, sondern auch gesellschaftliche und organisatorische Herausforderungen. Die L\u00f6sungsans\u00e4tze in der Natur haben sich \u00fcber die letzten 3,8 Milliarden Jahre entwickelt. Dabei haben sich nur die Ans\u00e4tze, die am effizientesten und \u00f6konomischsten mit den gegebenen Umweltbedingungen und den verf\u00fcgbaren Energie- und Wasserressourcen umgehen, im Prozess der nat\u00fcrlichen Auslese durchgesetzt. Sofern k\u00f6nnen biologische L\u00f6sungen als das Ergebnis von Millionen gescheiterter Prototypen betrachtet werden.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Idee Ans\u00e4tze f\u00fcr technische Probleme in der Natur zu suchen entstand nicht erst in unserer heutigen Zeit. Leonardo da Vinci erforschte bereits Anfang des 16. Jahrhunderts die Konstruktionsprinzipien der Natur und versuchte sie zu kopieren sowie zu \u00fcbertragen. Er analysierte den Vogel- und Fledermausflug und ihre Anatomie zum Entwurf von Flugmaschinen. Weitere historische Anwendungen von Bionik w\u00e4ren der Schiffsbau ebenfalls im 16. Jahrhundert und modernere Erfindungen wie der 1945 erfundene Klettverschluss, wahrscheinlich das ber\u00fchmteste Beispiel f\u00fcr Bionik. Besteht aus einem flauschigen Band, das die Eigenschaften von Fell nachahmt und einem Band mit kleinen Widerhaken wie an den Fr\u00fcchten der Kletten, kopiert der Klettverschluss sein Funktionsprinzip direkt aus der Natur. Der Schweizer Georges de Mestral erfand den Klettverschluss zuf\u00e4llig durch einen Spaziergang mit seinem Hund. Nachdem er zahllose Kletten aus dem Fell des Tieres klauben musste, wurde er neugierig nach dem Mechanismus, der die Kletten an Oberfl\u00e4chen haften l\u00e4sst und mikroskopierte sie. Dabei fand er heraus, dass die Borsten an den Fr\u00fcchten der Kletten in kleinen Widerhaken enden. Darin sah er das Potenzial zwei Materialien auf einfache Weise reversibel zu verbinden und entwickelte den Klettverschluss, den er sich unter dem Namen Velcro patentieren lie\u00df.<\/p>\n\n\n\n<p>Auch wenn Ans\u00e4tze bereits im 16. Jahrhundert gefunden werden k\u00f6nnen, ist die Biomimikry als neues Forschungsfeld zu betrachten, dessen Grenzen noch nicht eindeutig abgesteckt sind. So existiert auch eine Vielzahl von Begriffen f\u00fcr dessen Beschreibung wie Bionik, Biomimikry, Biomimetik oder Biomimese, f\u00fcr die wiederum eine Vielzahl von Definitionen existieren. Alle diese Begrifflichkeiten werden meistens synonym f\u00fcreinander verwendet, jedoch werden Biomimikry und Bionik auch teils als unterschiedliche Bereiche des Forschungsfeldes gesehen.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Bionik vs. Biomimicry<\/h2>\n\n\n\n<!--nextpage-->\n\n\n\n<p>Der Begriff Bionik setzt sich aus den W\u00f6rtern Biologie und Technik zusammen und wurde erstmals 1960 von dem amerikanischen Luftwaffenoffizier E. J. Steele auf einem Kongress in Ohio gepr\u00e4gt. Die Bionik besch\u00e4ftigt sich mit Einzell\u00f6sungen f\u00fcr technologische Probleme, wie beispielsweise die Entwicklung schmutzabweisender Wandfarbe f\u00fcr Fassaden. Der sogenannte Lotus-Effekt wurde durch den Bonner Botaniker Wilhelm Barthlott entdeckt. In den 1970er Jahren fand er heraus, dass die Bl\u00e4tter der Lotusblume immer sauber sind, also die F\u00e4higkeit besitzen sich selbst zu Reinigen. Der Grund daf\u00fcr ist, dass winzige Wachskristalle, die erst unter dem Elektronenmikroskop sichtbar werden, die Blattoberfl\u00e4che bedeckten und ihr dadurch eine raue genoppte Struktur geben. Diese Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit bewirkt, dass Wassertropfen sowie Staub- und Schmutzpartikel nur geringe Kontaktfl\u00e4chen zu dem Blatt aufweisen. Bei den Wassertropfen wird dadurch der Benetzungswinkel zum Blatt stark verringert und die Tropfen perlen einfach kugelf\u00f6rmig vom Blatt ab, wobei sie Partikel binden und abtransportieren. Forschern ist es gelungen diese raue Struktur auf Oberfl\u00e4chen k\u00fcnstlich nachzubilden. Es wurden Silikonwachse entwickelt, die auf verschiedenste Oberfl\u00e4chen aufgespr\u00fcht werden k\u00f6nnen. Besonders eignet sich der Einsatz des Lotus-Effektes auf Oberfl\u00e4chen, die st\u00e4ndig Wind und Wetter ausgesetzt sind, wie die bereits erw\u00e4hnten Au\u00dfenfassaden an Geb\u00e4uden.<\/p>\n\n\n\n<p>Im Gegensatz zur Bionik, bei der sich eher auf technische Einzell\u00f6sungen fokussiert wird, wie die erw\u00e4hnte Erfindung des Klettverschlusses und des Lotus-Effekts, werden in der Biomimikry ganze Systeme betrachtet. Es wird die Natur herangezogen, um komplexe Herausforderungen unserer Zeit zu bew\u00e4ltigen, egal ob struktureller, organisatorischer oder gesellschaftlicher Art. Die Grundidee sich auch in diesen Bereichen die Natur als Vorbild zu nehmen stammt daher, dass die Natur immer nach den Prinzipien der \u00d6konomie and Effizienz handelt und dabei keinen M\u00fcll produziert. Biomimikry sucht L\u00f6sungen, die nachhaltig, gut an das Leben angepasst und langanhaltend sind.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Beispiele: Unternehmen, Verkehr, Architektur, Bau<\/h3>\n\n\n\n<p>Im unternehmerischen Bereich wird die potenzielle Analogie zwischen menschengemachten und biologischen Systemen unter Anderem genutzt, indem \u00d6kosystemanalysen auf Unternehmen und Organisationen angewendet werden. Mittels dieser Analysen kann eine \u00dcbersicht \u00fcber die Komplexit\u00e4t des Unternehmens gegeben, die Vernetzungskompetenz gest\u00e4rkt sowie wirtschaftlicher Erfolg mit nachhaltiger Entwicklung effektiv verbunden werden. Besonders h\u00e4ufig findet diese Analysemethode Anwendung im IT-Bereich wegen dessen hoher Komplexit\u00e4t und schnellen \u00c4nderungsrate.<\/p>\n\n\n\n<!--nextpage-->\n\n\n\n<p>Im Bereich des Verkehres werden beispielsweise die Bewegungsmuster von Bienen- und Vogelschw\u00e4rmen analysiert, um Konzepte f\u00fcr einen autonomen Autoverkehr, also ohne menschlichen Fahrer, zu entwickeln. Das Verhalten von Herden- und Schwarmtieren dient als Inspirationsquelle f\u00fcr kollisionsfreie Verkehrssysteme. Fische sto\u00dfen nicht zusammen, wenn sie im Schwarm unterwegs sind. Diese Tatsache haben sich Fahrzeugentwickler zu Nutze gemacht und Autopilot-Sensorik entwickelt, die wie die Organe von Fischen, die Bewegungen aufsp\u00fcren, reagieren.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Auch im Bereich der Architektur gibt es zahlreiche Beispiele f\u00fcr Bionik und Biomimikry. Eines davon w\u00e4re das Eastgate Center, ein Einkaufs- und B\u00fcrozentrum in Harare, Zimbabwe, das 1991 von dem Architekten Mick Pearce entworfen wurde. Pearce wollte Kosten f\u00fcr eine teure Bel\u00fcftungsanlage sparen, die f\u00fcr gro\u00dfe Geb\u00e4ude dringend notwendig sind. Er wollte ein Geb\u00e4ude entwickeln, das sich selbst k\u00fchlt. Eine L\u00f6sung fand er in den bis zu sieben Meter hoch werdenden Termitenbauten. Diese besitzen unz\u00e4hlige kleine L\u00f6cher auf ihrer gesamten Oberfl\u00e4che und k\u00f6nnen so atmen wie eine Lunge. Im Eastgate Center wurden ebenfalls viele kleine Luftsch\u00e4chte \u00fcberall im Geb\u00e4ude verbaut und mehrere gro\u00dfe Schornsteine zentral eingebaut, \u00fcber die w\u00e4rmere Luft abtransportiert werden kann. Warme Luft steigt nat\u00fcrlicherweise auf, wodurch kalte Luft aus dem unteren Bereich des Geb\u00e4udes nachgesaugt wird, was zu einer nat\u00fcrlichen K\u00fchlung des Geb\u00e4udes f\u00fchrt. Die Fassade des Centers ist mit einer Art stachligen Struktur versehen, was die Oberfl\u00e4che der Au\u00dfenwand stark vergr\u00f6\u00dfert und die Abgabe von Hitze \u00fcber die \u00e4u\u00dfere Fl\u00e4che beg\u00fcnstigt. Das Eastgate Center ben\u00f6tigt durch dieses nat\u00fcrliche Bel\u00fcftungs- und Klimatisierungssystem 35 Prozent weniger Energie als vergleichbare Geb\u00e4ude.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\">Integration lebendiger Werkstoffe<\/h4>\n\n\n\n<p>Neben dem Grundsatz der Nachahmung biologischer Prozesse, der am h\u00e4ufigsten der Biomimikry und Bionik zugrunde liegt, gibt es auch den Ansatz der Integration lebendiger Werkstoffe. Diesen verfolgen zum Beispiel die Entwickler eines beton\u00e4hnlichen Baustoffes, der von lebenden Bakterien hergestellt wird.<\/p>\n\n\n\n<p>Beton ist einer der beliebtesten Rohstoffe zum Bauen. J\u00e4hrlich werden Milliarden Kubikmeter verbaut. Er besteht aus Naturstein, Sand oder Kies und Zement, der mit Wasser das Bindemittel bildet. Der Zement ist jedoch auch das Problem. Bei seiner Produktion entstehen rund acht Prozent der globalen Treibhausgasemissionen. Zur Herstellung muss Kalkstein gemahlen und bei circa 1400\u00b0C gebrannt werden, dabei kommt es zu einer Ents\u00e4uerung des Kalksteines und CO2 tritt aus. Zement belastet die Umwelt also durch den hohen Energieaufwand zum Mahlen und Brennen und die Ausgasung von CO2.<\/p>\n\n\n\n<p>Deswegen wollten die Wissenschaftler der University of Colorado, Boulder in den USA eine umweltfreundlichere Variante finden. In dem von ihnen neu entwickelten Baustoff, auch als lebender Beton bezeichnet, agieren Stoffwechselprodukte von Cyanobakterien als das Bindemittel und es ist kein herk\u00f6mmliche Zementherstellung mehr erforderlich. Um das neue Baumaterial herzustellen werden insgesamt Sand, ein Hydrogel wie Gelatine und lebende Bakterien ben\u00f6tigt. Die Gelatine dient dabei der Versorgung der Bakterien mit Feuchtigkeit und N\u00e4hrstoffen. Unter den richtigen Bedingungen sto\u00dfen die Bakterien Mineralisierungsprozesse an, \u00e4hnlich wie bei der Entstehung von Korallenriffen oder Muschelschalen, durch die das Gemenge aus Sand und Gelatine stark verfestigt wird. Der am Ende entstandene Stein weist die gleiche St\u00e4rke wie regul\u00e4rer Beton auf. Bei diesem Herstellungsverfahren wird kaum CO2 produziert, im Gegensatz die Cyanobakterien verbrauchen sogar noch CO2 f\u00fcr ihre Atmung. Wenn man einen auf diese Art hergestellten Stein in zwei H\u00e4lften bricht, dann k\u00f6nnen aus diesen H\u00e4lften mit etwas zus\u00e4tzlichen Material und N\u00e4hrstoffen zwei neue Steine entstehen. Forscher konnten aus einem Elternstein acht neue Steine herstellen. Bakterien weisen ein exponentielles Wachstum auf, was bedeutet, dass wenn der lebende Beton komplett durch biologisches Wachstum hergestellt werden kann, theoretisch eine Produktion des Baustoffes in exponentiellem Ma\u00df m\u00f6glich ist. Die lebenden Bakterien in den Steinen erm\u00f6glichen auch, dass Sch\u00e4den in der Bausubstanz simpel wieder behoben werden k\u00f6nnen, Risse im Material k\u00f6nnen von den Steinen selbst einfach wieder zugewachsen werden.&nbsp;<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Biomimicry, Biomimetik, Bionik: Relativ neue wissenschaftliche Disziplinen machen sich Beispiele aus der Natur f\u00fcr neue L\u00f6sungsans\u00e4tze zunutze. Das Wort Mimikry stammt aus dem Englischen und bedeutet Nachahmung. 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