Wo sich Hamburgs TU-Ingenieure von der Natur inspirieren lassen

15.10.2013

Freizeittipp für unsere mehr als 1000 neuen Studierenden: Steinwerder.
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Foto: Johannes Arlt

Die Bionik hat sich als interdisziplinäres Forschungsgebiet einen festen Platz in der Wissenschaft erobert, interessant für Naturwissenschaftler, Architekten, Philosophen, Soziologen, Designer und Ingenieure. Aus Flora und Fauna holt sich auch die TU Hamburg Anleihen für ihre innovativen Technologien. Wo sich die Ingenieurwissenschaftler von der Natur inspirieren lassen, zeigt ein Bericht in der aktuellen Ausgabe des Hochschulmagazins spektrum.

Weitere Themen im Oktoberheft:

  • Bau von Seehäfen: Statt Pi mal Daumen erstmals Methoden zur genauen Berechnung
  • Start-ups: Junge Ingenieure gründen Firmen
  • Fundsache: Hamburgs Bestsellerautorin Nina George schreibt über Fundstücke auf dem Campus
  • Wenn der Spritpreis auf 2,20 steigt: Mit einer Software für Regionalplaner die Zukunft planen
  • Energie aus Wind und Wellen: 21 Forschungsprojekte auf einen Blick
  • Sicherheit auf der Datenautobahn

Bionik in den Ingenieurwissenschaften

Was ist extrem leicht, innen hohl und trotzdem sehr stabil? Zum Beispiel Knochen, Bambus und Seerosenstängel. Davon schauen sich Forscher und Flugzeughersteller auf der Suche nach Wegen, das Gewicht der Flugzeuge durch leichtere Materialien zu reduzieren, einiges ab. Die ebenso komplexe wie geniale Struktur besonders des Seerosenstängels speziell die Form, Geometrie und Bauweise übertrugen die Wissenschaftler zum Beispiel auf eine Gepäckablage. Das überraschende Ergebnis: Der Datenvergleich erbrachte eine Gewichtsersparnis um sage und schreibe 80 Prozent. "Bereits mehr als 20 Bauteile haben wir so optimiert, weitere sollen folgen. Außerdem wollen wir gemeinsam die Bionik fest in den Produktentwicklungsprozess integrieren", sagt Professor Claus Emmelmann vom Institut für Laser- und Anlagentechnik.

Der Kongo-Käfer weckt das Interesse der Wissenschaftler um Professor Josef Schlattmann von der Arbeitsgruppe für Anlagensystemtechnik und methodische Produktentwicklung. Anders als beim Menschen funktionieren dessen Gelenke nach ersten Erkenntnissen mit trockener Reibung, also ohne Knorpel und Gelenkflüssigkeit sowie ohne größeren Verschleiß durch Reibung. Gemeinsam mit Biologen der Christian-Albrechts- Universität Kiel "wollen wir auf Basis dieser Erkenntnisse auch Produkte entwickeln", sagt TU-Oberingenieur Steffen Vagts. Eine mögliche Anwendung könnte zum Beispiel im Fahrzeugbau liegen:

Die Füße des Geckos sind ein Wunder der Natur. Ein einziger Zeh kann das gesamte Körpergewicht tragen und Bewegungen über spiegelglatte Oberflächen sind für ihn kein Problem. Nach diesem Vorbild haben die Professoren Jörg Müller und Hoc Khiem Trieu vom Institut für Mikrosystemtechnik ein ellipsenförmiges Implantat in Kooperation mit Neurobiologen des Labors für Molekulare Neurobiologie im Universitätsklinikum der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf und Ärzten des Berufsgenossenschaftlichen Unfallkrankenhauses Hamburg-Boberg entwickelt. Damit hoffen sie, verletzte oder durchtrennte Nervenstränge des Rückenmarks neu verbinden zu können. "Die Oberfläche ist dabei wie der Fuß eines Geckos gestaltet. Auch an einer anderen Stelle dieses Implantates, das eines Tages zur Heilung von Querschnittlähmung dienen soll, wurden Anleihen aus der Natur genommen. Die Röhrchen im Implantat sind nicht rund, sondern sechseckig - wie eine Bienenwabe. Das ist platzsparender und macht die Konstruktion sehr stabil.

Unsere Zähne sind ein Wunder der Natur. Im Laufe des Wachstums reift ihre komplexe Struktur zu einem Material, das in seinen Eigenschaften das Optimum aus den harten mineralischen und weichen organischen Ressourcen herausholt. Diese Koexistenz von harten und weichen Materialien macht die besondere Stärke des Zahnschmelzes aus. Das Erfolgsgeheimnis ist der hierarchische Aufbau. Die unterschiedliche Struktur in der Mikro-und Makroebene macht die perfekte Kombination aus Härte, Festigkeit und Steifigkeit möglich. An der Nachahmung dieser Struktur arbeitet eine Forschungsgruppe unter Leitung von Professor Gerold Schneider vom Institut für Keramische Hochleistungswerkstoffe.

Siehe auch: http://www.tuhh.de/tuhh/uni/aktuelles/spektrum.html


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