Sie sind zwar mikroskopisch klein, könnten aber schon bald einen umso größeren Einfluss auf den Leichtbau haben. Die Rede ist von Kieselalgen. Um Photosynthese nahe der Meeresoberfläche betreiben und sich gleichzeitig vor Fressfeinden schützen zu können, haben diese Kleinstorganismen über Jahrmillionen ebenso leichte wie robuste Schalenstrukturen gebildet. Was die Evolution perfektioniert hat, dient dem Bioniker Sebastian Möller und einem Team aus Biologen und Ingenieuren am Alfred Wegener Institut als Inspiration. Vom effizienteren Auto bis zum leichteren Staubsauger, die Einsatzgebiete der Bionik im Leichtbau sind so vielfältig wie die Vorbilder aus der Natur. Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) stellt Möllers Geschichte als Fotoreportage in seiner Kampagne „Ingenieurgeschichten“ vor.
Aus der Datenbank der Natur
Über 90.000 Kieselalgen-Arten lagern in der Sammlung des Instituts in Bremerhaven. Einzigartige Konstruktionen aus Waben und Streben. In diesen belastbaren Strukturen steckt nicht ein Nanogramm Material zu viel. Doch wie wird aus den Bauplänen der Natur ein leichteres Produkt? „Wir nutzen den ELiSE-Produktentstehungsprozess”, erklärt Sebastian. „Dabei schauen wir zunächst, welchen Belastungen ein ganzes Bauteil oder eine Struktur ausgesetzt ist und suchen in unserer Datenbank nach natürlichen Vorbildstrukturen.”
Anschließend geht es darum, zu verstehen, warum die Natur für die einzelnen Belastungszonen bestimmte Lösungen gefunden hat. Die so identifizierten Prinzipien werden auf das technische Bauteil übertragen und weiter optimiert. „Im Gegensatz zu uns Menschen ist die Natur eher bereit Neues auszuprobieren.”
Welches Potenzial sich im bionischen Leichtbau verbirgt, demonstriert das einzigartige, ultraleichte Bionic Bike. Das Aluminium-Falt-Fahrrad wurde bewusst nicht für klassische Guss- oder Schweißkonstruktionen entwickelt, sondern für den 3-D-Metalldruck. „Organische Strukturen lassen sich so deutlich besser umsetzen”, klärt Sebastian auf. „Typischerweise werden Fahrräder verschweißt. Dank des 3-D-Drucks sind beim Bionic Bike sehr geschwungene Formen möglich.
Es gibt keine konstanten Wandstärken und Durchmesser.” Dadurch kommt das Bionic Bike gerade einmal auf sieben Kilogramm Gesamtgewicht. Drei Kilo weniger als normale Falträder. Im Vergleich zu Leichtbaumaterialien wie faserverstärkten Kunststoffen, wird die Gewichtsreduktion hier ausschließlich durch einen sparsameren Einsatz des ursprünglichen Baumaterials erzielt.
Was macht die Natur nun besser als der Mensch? Sebastian glaubt, dass sich der evolutive Erfindergeist in einem Punkt besonders vom Menschen unterscheidet: „Die Natur hat viele Lösungen hervorgebracht und wieder verworfen. Der Mensch entwickelt viele Lösungen, aber tut sich schwer, einen einmal eingeschlagenen Weg wieder zu verlassen.”
[alert-warning]Über die Kampagne „Ingenieurgeschichten“
Der VDI will mit seiner Kampagne „Ingenieurgeschichten“ die vielen großen und kleinen Innovationen der Ingenieurinnen und Ingenieure auch Menschen außerhalb der Technik-Community bekannt machen. Und wer könnte besser für den Berufsstand sprechen, als Ingenieurinnen und Ingenieure selbst?
„Dazu haben wir beispielhafte Geschichten gesucht, die das rüberbringen – ohne Fachchinesisch und sehr persönlich. Die Menschen wissen oft gar nicht, wieviel Ingenieurkunst sie überall umgibt“, sagt VDI-Präsident Prof. Dr.-Ing. Udo Ungeheuer.[/alert-warning]