Fournier, Bauen wie die Biene

Mat Fournier

Bauen wie die Biene, fliegen wie der Vogel Wenn die Natur die Wissenschaft inspiriert Mit Fotografien von Yannick FouriĂŠ

Haupt Verlag

Die französische Originalausgabe erschien 2011 bei Editions Plume de carotte unter dem Titel Quand la nature inspire la science Copyright © Editions Plume de carotte, 2011 Fotografien auf rechten Buchseiten: Yannick Fourié Illustrationen: Titwane (www.titwane.fr) Grafisches Konzept: Geneviève Démereau (Plume de carotte) Layout: Catherine Racine (Plume de carotte) Projektleitung: Audrey Calvo-Guiochet (Plume de carotte)

Aus dem Französischen übersetzt von Susanne Schmidt-Wussow, D-Berlin Satz der deutschsprachigen Ausgabe: Die Werkstatt Medien-Produktion GmbH, D-Göttingen

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar.

ISBN 978-3-258-07987-5 Alle Rechte vorbehalten.

Copyright © 2016 für die deutschsprachige Ausgabe: Haupt Bern Jede Art der Vervielfältigung ohne Genehmigung des Verlages ist unzulässig.

Printed in Austria www.haupt.ch

INHALT EINLEITUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

KIESELALGEN Sanfte Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

HONIGBIENE Das Sechseck und seine Geheimnisse . . . . . . . . . . . . . . 20

SÜDLICHES GLEITHÖRNCHEN Gleiten ohne Flügel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

WEBSPINNEN Der heilige Gral der Bionik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

SCHWÄMME Von einer Faser zur anderen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

WASSERSPINNE Tauchen mit Sauerstoffvorrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

AHORNE Wie hält er sich in der Luft?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

BUCKELWAL Tuberkel-Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

AMEISEN Kollektive Intelligenz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

BAMBUS Sich biegen, ohne zu brechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

GAROÉ (Stinklorbeer) Regenbaum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

GROSSE KLETTE Eroberung des Weltraums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

GECKOS An der Decke laufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

HEILIGER PILLENDREHER Die Erfindung des Rades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

WALDFROSCH Die Kunst, sich einfrieren zu lassen. . . . . . . . . . . . . . . . . 70

STOCKENTE Stabilität im Flug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

GRILLEN Meistersänger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

HAINBUCHE Origami und Sonnensegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

GEMEINE WESPE Geheimnisse der Papierherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . 74

HAUSKATZE Reflexionen bei Nacht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

WALDOHREULE Sehen mit den Ohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

FLEDERMÄUSE Nächtliche Jagd und Echoortung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

MENSCH Was hat der Eiffelturm mit einem Skelett zu tun? . . . . 78

SPANNERRAUPE Mini-Motoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

SEETANG Unterwasserenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

WEISSSTORCH Fliegen lernen mit Otto Lilienthal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

KARIBIK-LANGUSTE Geruchssensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

SEEGURKEN Die Medizin von morgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

LIBELLEN Der Schwerkraft trotzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

ANDENKONDOR Flug mit Menschenantrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

INDISCHE LOTOSBLUME Nicht nur rein, sondern sauber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

GROSSE PILGERMUSCHEL Wellblech . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

GROSSPINGUINE Energie sparen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

STEINKORALLEN Grüner Beton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

EISVOGEL Japanischer Hochgeschwindigkeitszug. . . . . . . . . . . . . 90

GROSSER TÜMMLER Unterwasserkommunikation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

QUALLEN Biolumineszenz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

INHALT DORNTEUFEL Wasserfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 MORPHOFALTER Lichtspiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 FLIEGEN Entspiegelte Augen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 GEMEINE MIESMUSCHEL Der Superklebstoff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 NAUTILUS Navigieren am Meeresgrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 AMAZONAS-RIESENSEEROSE Der Glaspalast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

NEBELTRINKER-KÄFER Wasser finden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 APOTHEKERSKINK Im Sand schwimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 GEWÖHNLICHER TINTENFISCH Von der Tinte bis zur Kunst der Tarnung. . . . . . . . . . . 136 RUTHENISCHES SALZKRAUT Digitale Architektur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 SCHWÄRMER Ein Ass im Schlagflug. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

SCHLANGENSTERN Das Licht einfangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 SEEOHREN Belastbarer als Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 ECHTE DATTELPALME Ägyptische Tempel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

BÄRTIERCHEN Kryptobiose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 TERMITEN Kollektiver Lebensraum und passive Klimatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

SCHUPPENTIERE Schuppen für Architekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 SPECHTE Vom Eispickel bis zum Presslufthammer . . . . . . . . . . . 114 KRAKEN Vom Schröpfkopf bis zum Gelenkarm. . . . . . . . . . . . . . 116 FELDTAUBEN Flugmodell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 WALD-KIEFER Intelligente Kleidung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 KOFFERFISCHE Sparsame Autos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

THUNFISCHE Flugzeugrümpfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 FORELLE Lenkballon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 ZANONIE Nurflügel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 STEPPENZEBRA Optische Täuschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

ELEKTRISCHE FISCHE Bioelektrizität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 RIESENMANTA Unterwasserflieger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 HAUSRATTE Psikharpax und die Animaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 BOGENSTIRN-HAMMERHAI Eine Haut für Olympia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

DIE AUTORIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 BILDNACHWEIS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 LITERATURHINWEISE UND LINKS . . . . . . . . . . . . . 154 STICHWORTVERZEICHNIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

EINLEITUNG WAS IST BIOMIMETIK?

B

iomimetik ist Dädalus, der Vogelschwingen baut, um von der Insel zu fliehen, auf der er mit seinem Sohn Ikarus gefangen gehalten wird.

Schwingen, die so perfekt sind, dass der junge Ikarus vergisst, dass er kein Vogel ist, und sich lebensgefährlich nah an die Sonne heranwagt – was dann geschieht, ist bekannt. Bei der Interpretation des Mythos gerät allzu häufig Dädalus’ Genie in Vergessenheit: Es gelingt ihm, den alten Traum der Menschen vom Fliegen zu erfüllen – und zwar, indem er die Natur studiert und imitiert.

Seerose hatte und sich vom Blatt ebendieser Seerose zu einer neuen Art von Treibhaus inspirieren ließ. Dieses Gebäude sollte zum Ausgangspunkt einer neuen Konstruktionsweise bei der Verbindung von Glasscheiben werden, und der Gärtner, Joseph Paxton, wurde später zum Dank für seine Verdienste um die Architektur des British Empire geadelt. Bei der Seerose handelt es sich übrigens um die Amazonas-Riesenseerose Victoria amazonica (siehe Seite 104), die Paxton erstmals in einem Gewächshaus züchten konnte.

Biomimetik ist das chinesische Dorf Hongcun, dem seine Bewohner vor 800 Jahren die Form eines Rindes gaben. Dabei ist es jedoch mehr als nur eine ästhetische Imitation, da Hongcun über ein Wasserversorgungssystem verfügt, das dem Verdauungssystem des Tiers nachempfunden ist. Kanäle in Form von Gedärmen bringen Frischwasser von Haus zu Haus; die Abwässer werden aufgefangen, um die Felder damit zu bewässern.

Die Biomimetik, im deutschen Sprachraum häufig auch als Bionik bezeichnet, ist die Imitation des Lebendigen, die Nachbildung natürlicher Vorgänge und Strukturen zur Schaffung neuer oder zur Verbesserung bereits bestehender Technologien. Dieses Buch erzählt davon, wie Tiere und Pflanzen Erfinder, Ingenieure, Architekten, Wissenschaftler und noch viele andere Menschen inspirierten, in längst vergangenen Jahrhunderten ebenso wie heute. Es zeigt auf, wie die Biomimetik zu einem der vielversprechendsten modernen Forschungszweige wurde, der auf weitere faszinie-

Biomimetik ist der englische Gärtner, der kein ausreichend großes Gewächshaus für eine riesige

9

rende Entdeckungen und Erfindungen, aber auch auf umweltfreundliche Technologien hoffen lässt: Technologien, die die Umwelt nicht belasten, vollständig recycelbare Materialien, erneuerbare Energien, Technik, die deutlich weniger Energie verbraucht oder gar passiv funktioniert. All das mag wie ein schöner Traum klingen, doch die Möglichkeiten – ja, die technischen Lösungen! – sind in der Natur bereits vorhanden. Passive Klimatisierungsund Wassergewinnungssysteme gibt es schon.

Auch eine «natürliche» antiseptische Beschichtung (die ihre antiseptischen Eigenschaften der Oberflächenstruktur verdankt und nicht etwa chemischen

Zusatzstoffen), ein industrieller Holzleim ohne giftige Inhaltsstoffe und selbstreinigender Putz sind bereits auf dem Markt – Produkte, die Eigenschaften von Hai, Miesmuschel und Lotos imitieren.

Einige der Erfindungen oder Projekte, die in diesem Buch beschrieben werden – eine Raumsonde, die wie ein Nachtfalter fliegt, Sonnensegel, die Fotosynthese betreiben wie Pflanzen, ein lenkbarer Ballon, der sich wie eine Forelle fortbewegt –, klingen nach Science-Fiction. Doch an all diesen Projekten wird ernsthaft geforscht, und sie alle könnten über kurz oder lang Realität werden.

EINE UNENDLICHE GESCHICHTE uch wenn der Begriff relativ neu ist, Biomimetik und Bionik gibt es nicht erst seit gestern.

Man weiß nicht genau, wie die ersten menschlichen Technologien entstanden sind, auch über die ersten Erfinder ist nicht viel bekannt.

A

Man kann sich aber vorstellen, dass die Menschen die Natur umso mehr imitierten, je enger sie im Kontakt mit dieser lebten. So sollen sich die Inuit nach Darstellung des Biologen und Bionikers Gauthier Chapelle die Konstruktion ihrer Iglus bei der Eisbärenhöhle abgeschaut haben, die ebenfalls über ein Belüftungssystem verfügt. Zahlreiche Legenden erzählen, wie eine besondere Kenntnis oder ein Fabrikationsgeheimnis durch ein Tier zu den Menschen kam. In den Wüsten Nordamerikas sollen die Lehmwespen die Indianer gelehrt haben, ihre Behausungen aus Lehmziegeln zu errichten, die das Innere wie auf wundersame Weise kühl halten. In Afrika sind es die Termiten, die den Menschen das Bauen beibrachten – dieselben Termiten, nach deren Vorbild gegen Ende des 20. Jahrhunderts ein passives Klimatisierungssystem entwickelt wurde.

Die Geschichte der Biomimetik beginnt immer wieder neu. Jede Epoche sucht in der Natur nach Lösungen für ihre speziellen technischen Probleme.

Die Pioniere der Luftfahrt beispielsweise verbrachten Jahre damit, den Flug der Vögel zu beobachten oder auch den der Fledermäuse, der Insekten oder sogar der Samenkörner.

Die Biomimetik erzählt auch die Geschichte eines niemals endenden Lernprozesses: Menschliche Technologien entwickeln sich weiter, so wie sich auch unser Wissen um die Natur und unsere Möglichkeiten entwickeln, sie zu beobachten. Vor allem das Rasterelektronenmikroskop ermöglichte dem Biologen Wilhelm Barthlott Beobachtungen, die zur Entdeckung des Lotoseffekts führten (siehe Seite 86), was schließlich in die Herstellung selbstreinigender Oberflächen mündete.

Die Geschichte der Biomimetik ist auch eine Geschichte von Enthusiasten: Naturforscher, Erfinder, Ingenieure, Biologen, Architekten, alle auf die eine oder andere Weise von der Natur und ihrem Reichtum fasziniert (was sie übrigens noch lange nicht zu «Ökologen» im modernen Sinn macht).

Es ist auch eine Geschichte der Begegnungen, der gemeinsamen Entdeckungen, der auslösenden Momente, die aus der Konfrontation eines Wissens mit einem anderen entstanden.

PIONIERE DER LUFTFAHRT Da Vincis Ornithopter er sagte: «Der Vogel ist ein Instrument, das nach mathematischen Gesetzen funktioniert, und der Mensch muss nur eine Maschine entwickeln, die jede seiner Bewegungen imitiert»?

Leonardo da Vinci natürlich. Mit ihm beginnt im 15. Jahrhundert die Geschichte der Biomimetik, wie wir sie heute kennen.

W

Eine Obsession zieht sich wie ein roter Faden durch alle seine Recherchen und Ingenieurprojekte: das Fliegenlernen. Da Vinci zufolge sollte allein die «mathematische», also die wissenschaftliche Beobachtung der Tiere ihn zur Lösung führen. Seine 10

Skizzenbücher bezeugen seine minutiösen Beobachtungen der Bewegungen und Techniken des Flugs von Vögeln, Fledermäusen oder Insekten wie den Libellen. Er konzentrierte sich unter anderem auf die Beobachtung der Vögel im Schlagflug und versuchte, die Bewegungen beim Abflug und bei der Landung zu analysieren. Auf diese Weise gelang es Leonardo da Vinci, die Rolle des Schwerpunkts und des Druckpunkts zu isolieren, ein zentraler Durchbruch in der Erforschung des Flugs.

Zusätzlich verschrieb er sich der Beobachtung der Flügel selbst, ihrer Anatomie, der Verteilung und der Struktur der Federn.

Aus dem Studium des Schlagflugs heraus entwickelte er eine Flugmaschine, die durch menschliche Kraft angetrieben werden sollte: den Ornithopter (vom griechischen ornithos = Vogel und pteron = Flügel). Die ersten Zeichnungen seines Ornithopters fertigte da Vinci 1485 an. Die beiden gewaltigen Flügel werden durch ein Laufrollensystem bewegt, das wiederum durch Pedale angetrieben wird.

Doch diese Maschine stellte ihn vor scheinbar unlösbare Probleme: Zunächst einmal waren die verfügbaren Materialien viel zu schwer. Nach der Originalzeichnung hätte der Ornithopter 300 Kilogramm gewogen. Außerdem sind die menschlichen Muskeln im Verhältnis viel schwächer als Vogelmuskeln, selbst wenn man die Muskelkraft der Beine einsetzt statt der Arme – aus eigener Kraft kann der Mensch die Flügel nicht schnell genug schlagen lassen, um in der Luft zu bleiben.

Nach der Entwicklung des Ornithopters widmete sich Leonardo dem Studium der Greifvögel und deren Gleitflug. An diesem orientierte sich 400 Jahre später auch Otto Lilienthal, dem es gelang, die ersten Segelflugzeuge in der Luft zu halten, wobei er sich jedoch nicht von den Greifvögeln, sondern vom Storch inspirieren ließ (siehe Seite 44).

Leonardo da Vinci zeichnete auch das erste bekannte Modell eines Hängegleiters. Nachbauten haben inzwischen bewiesen, dass sein Modell tatsächlich funktionstüchtig war. Was den Ornithopter angeht, so wurden die Schwierigkeiten, die er aufwarf, nicht im 19. Jahrhundert von den Erfindern der Luftfahrt gelöst, sondern 100 Jahre später durch den amerikanischen Erfinder Paul MacCready, dem es erstmals gelang, eine Maschine mit menschlichem Antrieb zum Fliegen zu bringen (siehe Seite 48). Der erste Flug eines Ornithopters nach den Originalentwürfen Leonardos fand jedoch erst im Herbst 2010 statt. Die Flugmaschine wurde von Studierenden und Lehrkräften der kanadischen Universität von Toronto entwickelt und Snowbird («Schneevogel») getauft. Bei einer Flügelspannweite von 32 Metern (das entspricht der einer Boeing 737) wiegt dieser Ornithopter gerade einmal 43 Kilogramm. Dank der Länge und Flexibilität seiner Flügel lässt sich beim Schlagen ausreichend Energie erzeugen, um den Apparat auf einer konstanten Höhe zu halten. Auch wenn dies ein einmaliges Experiment war, glaubt das Entwicklerteam des Snowbird, dass der Flugapparat die Luftfahrt der Zukunft inspirieren kann: Der von da Vinci erdachte Ornithopter ist eines der ersten Modelle eines energieautonomen Fluggeräts.

George Cayley und die Vorbilder in der Natur ater der Aeronautik» – so nennen die Briten George Cayley. Im 19. Jahrhundert entwickelte der talentierte Ingenieur unzählige Flugmaschinen, und was noch wichtiger ist: Er beschäftigte sich als einer der Ersten mit den physikalischen Grundlagen des Fliegens. So erkannte er die Notwendigkeit, den Flug durch Leitwerke zu stabilisieren. Dabei muss man jedoch festhalten, dass Cayley ebenso wenig wie Leonardo da Vinci jemals selbst einen Flugapparat gebaut hat, der unter den Bedingungen seiner Zeit hätte abheben können.

«V

Wie da Vinci studierte auch Cayley die Modelle der Natur. 1808 baute er einen eigenen Ornithopter, für den er sich vom Reiher inspirieren ließ. Um das Tier aus nächster Nähe studieren zu können, schoss er einen Reiher auf seinen Ländereien ab und baute seinen Ornithopter nach Form und Proportionen seines Opfers. Doch Cayley fand seine Modelle nicht nur unter den Vögeln. 25 Jahre nach der Erfindung des Lenkballons schloss der britische Ingenieur die Arbeiten an einem eigenen Ballon ab, der sich ausgerechnet an einer Forelle orientierte (siehe Seite 148).

Die Pflanzenwelt, insbesondere deren Samen, lieferte ihm weitere, noch ergiebigere Vorlagen: Anhand der geflügelten Früchte der Ahorne (siehe Seite 62) erkannte er das Prinzip des Propellers, und der Löwenzahn inspirierte ihn zu den Plänen für eine Maschine mit fallschirmartigen Flügeln.

Als Vollblut-Ingenieur begnügte Cayley sich indes nicht damit, Formen zu kopieren oder zu erfinden, sondern er stellte auch gleich die entsprechenden

mathematischen Berechnungen an. Er wusste, dass eine Maschine erst fliegen kann, wenn alles, vom Antrieb bis zum Profil, genau stimmt. Aufgrund dieser Erkenntnis entwarf Cayley den sogenannten «Festkörper des geringsten Widerstands».

Die Form dieses Festkörpers des geringsten Widerstands entsprach nach seinen Berechnungen genau der Silhouette von Delfinen. Cayleys Intuition wurde über ein Jahrhundert später, in den 1970erJahren, durch Studien zur Laminarität bestätigt: Delfine sind wie die Thunfische in dieser Hinsicht ein Idealmodell.

Nach Cayleys Tod 1857 dauerte es noch mehrere Generationen bis zum Flug des ersten Hängegleiters im Jahr 1891 und dann der ersten Flugzeuge in den 1900er-Jahren. Unter den Pionieren dieser ersten Jahrzehnte der Luftfahrt zogen viele ihre Erkenntnisse aus der genauen Beobachtung der Tierwelt: Für Ader war es die Fledermaus, für Etrich die Taube, bei Lilienthal der Storch.

Und das war erst der Anfang. Über das gesamte 20. Jahrhundert hinweg verzeichnet die Geschichte der Luftfahrt Entdeckungen, die nur durch die aufmerksame Beobachtung der Natur möglich waren. Die kräftigen Schwungfedern der Greifvögel brachten die Entwickler auf die Idee, die Flügelform zu verändern, um Turbulenzen zu vermeiden; die Haut des Delfins inspirierte zur Entwicklung von Beschichtungen, die das Teilen der Luft unterstützen; Flugzeuggeschwader imitieren den Gruppenflug der Zugvögel, um Treibstoff zu sparen.

11

BIONIK: WENN MASCHINEN DIE NATUR IMITIEREN …

UND DEN MENSCHEN andelt es sich eigentlich noch um Biomimetik, wenn das Tier, das man imitiert, der Mensch ist? Um die Mitte des 20. Jahrhunderts vereint die Robotik Forschungsbemühungen und Enthusiasmus wie die Luftfahrt 100 Jahre zuvor. Mit dem neuen Forschungsgebiet entsteht auch der Traum (oder Albtraum) von künstlichen Kopien des Menschen. Einige Jahrzehnte später sind die Begeisterung und die Ängste, die sie hervorruft, ein wenig abgekühlt. Doch die Wissenschaft, die daraus entstand, die Bionik im eigentlichen Sinne, machte den Weg für spektakuläre Fortschritte frei.

H

auf Erfindungen, die den Menschen imitieren, und deckt sich teilweise mit der Definition der Biomimetik, die darüber hinaus das zugrunde liegende Prinzip verstehen und nach konkreten technischen Anforderungen verbessern will.

Der Begriff «Bionik» wird vor allem im außerdeutschen Sprachraum heute in erster Linie mit der Robotik und der Prothetik in Verbindung gebracht, mit anderen Worten mit der künstlichen Herstellung von Körpern oder Organen, die das lebende Vorbild imitieren oder die Fähigkeit besitzen, dieses im wahrsten Sinne des Wortes zu überlagern.

Der Begriff «Bionik» selbst wurde Anfang der 1960er-Jahre auf einer Konferenz in Dayton in den USA geprägt, auf der sich Wissenschaftler aus der ganzen Welt versammelten. Urheber der Bewegung war Jack Steele, ein Forscher und Offizier der US-amerikanischen Armee. Mitten im Kalten Krieg erkannte er die Möglichkeiten, die sich durch Nutzung neuerer biologischer Erkenntnisse in der Rüstung bieten: Von Spionagerobotern bis zu Amphibien-Geländefahrzeugen, von superstarken Androiden bis zu mutierten Tieren – er stieß die Tür zu einem gedanklichen Universum auf, aus dem sich die kollektive Fantasie ganzer Generationen von Science-Fiction-Autoren speisen sollte. Doch das war bei Weitem nicht die einzige Folge.

Wir erinnern uns noch an die «bionischen» Gliedmaßen der Comic- oder Serienhelden der 1960erund 1970er-Jahre. Einige Jahrzehnte später ist diese Fiktion fast schon Realität. Insbesondere gelang dies durch die Entwicklung künstlicher Muskeln, die auf elektrische Stimulation reagieren. Diese Muskeln bestehen aus einem neuartigen Material, elektroaktiven Polymeren, die in den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelt wurden. Es gibt dabei nur einen Wermutstropfen: Die künstlichen Muskeln lassen im Hinblick auf ihre Kraft leider noch zu wünschen übrig. In den letzten Versuchen unterlagen sie deutlich ihren menschlichen Gegenstücken.

Die Konferenz von Dayton war die erste Versammlung von Forschern zu einem Themengebiet, das Jack Steele fortan «Bionik» nannte. Er definierte diese Disziplin als «die Wissenschaft von den Systemen, die in ihrer Funktionalität natürliche Systeme kopieren oder spezifische Eigenschaften der natürlichen Systeme aufweisen oder ihnen entsprechen». Diese Definition beschränkt sich nicht

Andererseits erlaubt der aktuelle Kenntnisstand in der Neurologie bereits Versuche mit Prothesen, die nicht nur die Form menschlicher Gliedmaßen imitieren, sondern auch auf mentale Kommandos ihres Trägers reagieren, und die in etwas fernerer Zukunft auch Informationen zum Gehirn übertragen können sollen, sodass ihr Träger Berührungen wieder «spüren» kann.

TIERROBOTER EROBERN DAS ALL

W

as haben ein Krebstier und ein Computer gemeinsam? Viel mehr, als man glauben mag.

Die Autoren von Science-Fiction-Filmen stellten sich die Roboter der Zukunft ja meist menschenähnlich vor. Tatsächlich setzt die moderne Robotik jedoch auf das Tierreich. Was Tiere – und in einigen Fällen sogar Pflanzen – Robotern beibringen können, sind vor allem unterschiedliche Arten der Fortbewegung, die in ihrer Vielfalt und Originalität die Möglichkeiten menschengesteuerter Fahrzeuge überflügeln. Tiere können auf dem Wasser oder an der Decke laufen, beherrschen den Schwebeflug besser als jeder Helikopter, können sich durch enge Spalten schlängeln, sich grabend unter der Erde fortbewegen. Die Tierwelt böte die Antwort auf unzählige Probleme des Ingenieurswesens, gelänge es uns nur, sie zu imitieren.

12

Tiere bewegen sich vor allem deshalb so effizient fort, weil sie an ihre Umgebung angepasst sind.

Stellen Sie sich einen Roboter vor, der sich am Meeresgrund fortbewegen müsste: Welches Vorbild wäre für ihn besser geeignet als ein Krebstier, das zwischen den Felsen krabbelt und sich dabei vor den Strömungen schützt? Vorhang auf für RoboLobster, eine Roboterlanguste (siehe Seite 82), die die unter Wasser liegenden Küstenbereiche erforschen soll. Wie sein Vorbild hat RoboLobster einen festen Panzer, um dem Druck standzuhalten, und aufgrund seiner Form kann er sich wie dieses trotz der geringeren Schwerkraft im Wasser am Boden halten.

RoboLobster ist nur ein Beispiel von Dutzenden von Robotern, die Aussehen und Fortbewegungsart eines Tieres imitieren. RoboSnail, der seinen

Namen einer Wasserschnecke verdankt, kann sich ebenfalls unter Wasser fortbewegen: indem er sich an den Untergrund heftet. Die Entwicklung eines Roboter-Neunauges trug zum besseren Verständnis von Kriechbewegungen bei und half den Forschern, «Sensoren» zu entwickeln, genauer gesagt Rezeptoren, die den Bewegungsimpuls eines Körperteils an den nächsten weitergeben. Es gibt auch Roboterschlangen, Roboterfische, «bionische Pinguine» (siehe Seite 88), Roboter, die wie Fliegen oder Wespen fliegen, und solche, die sich wie die Quallen fortbewegen.

Wenn eine Fortbewegungsart perfekt an eine Umgebung angepasst ist, bedeutet das nicht, dass sie sich nur für diese eignet. Beispiele dafür sind in

diesem Buch Tiere und Pflanzen, die als Modelle für Roboter dienen, die den Planeten Mars erkunden sollen. Schwärmer, eine Familie der Schmetterlinge (siehe Seite 140), dienten als Vorlage für den Entomopter, der über den Marsboden fliegen und sich zum Probensammeln darauf niederlassen soll. Bei den Pflanzen handelt es sich um «Steppenläufer» (siehe Seite 138), die sich in jedem anständigen Western rollend über den Boden fortbewegen.

Beide Projekte zeigen sehr schön, wie die Biomimetik die Forscher dazu veranlasst, außerhalb der gewohnten Bahnen zu denken und sich von Methoden inspirieren zu lassen, die sich teilweise schon seit Jahrtausenden bewährt haben.

WAHRNEHMUNGEN ÜBERMITTELN, INFORMATIONEN VERARBEITEN oboter übernehmen von den Tieren auch die Art, Informationen zu erfassen und zu verarbeiten, mit anderen Worten, deren Sinne und wie sie sie einsetzen. Gesichtssinn, Gehör und Geruchssinn der Insekten oder Weichtiere unterscheiden sich beträchtlich von denen der Säugetiere. Da sie weniger komplex sind, ist es eher möglich, sie in Mechanismen zu zerlegen, die eine Maschine «lernen» kann.

Eine der größten Herausforderungen der modernen Robotik liegt in der Informationsverarbeitung.

Damit sind nicht etwa die Informationen gemeint, die Roboter von den Menschen bekommen, die sie steuern, sondern die Informationen, die ihnen ihre Umwelt liefert. Es ist relativ einfach, einen ferngesteuerten Roboter mit einer Kamera auszustatten und die übertragenen Bilder zu verarbeiten, aber es ist sehr viel komplizierter, dem Roboter beizubringen, die Bilder selbst zu verarbeiten, die er «sieht», selbst wenn es nur darum geht, einem Hindernis auszuweichen. Gerade durch solche Fähigkeiten aber könnten Roboter autonomer arbeiten.

R

Wie zum Beispiel ein Fisch ein Hindernis wahrnimmt und seine Bahn entsprechend abändert, lässt sich in Schritte unterteilen, die sich deutlich von denen unterscheiden, die beim Menschen die Kommunikation zwischen Auge und Hirn steuern. Das Auge spielt dabei nicht einmal die Hauptrolle: Viele Fische besitzen dazu ein besonderes Sinnesorgan, das Seitenlinienorgan, das entlang ihrer Flanken verläuft. Mit diesem Organ spürt das Tier Vibrationen im Wasser und kann seine Bahn sofort ändern.

Auf diese Weise erblickte Snookie das Licht der Welt, ein Roboter mit Rezeptoren, die dem Seitenlinienorgan des Süßwasserfisches Astyanax mexicanus nachempfunden sind. Snookie kann sich autonom fortbewegen und dabei Hindernissen ausweichen. Auch wenn sich das Projekt noch in der Versuchsphase befindet, könnten solche Roboter später einmal durchaus von praktischem Nutzen sein, indem sie etwa die Kanalisation inspizie-

ren und reinigen oder auch in der Meeresforschung zum Einsatz kommen.

Die Vorrichtung, die Snookies Fortbewegung steuert, ist nur ein Beispiel für die Möglichkeiten der Sinnesorgane, die die Robotik sich zum Vorbild nimmt. Die Antennen der Langusten (siehe Seite 82) sind mit chemischen Rezeptoren bestückt, die Gerüche identifizieren können. Kalifornischen Forschern ist es gelungen, diesen Mechanismus zu imitieren. Derzeit arbeiten sie an der Entwicklung von Robotern, die submarine Verschmutzungen erkennen, Lecks in Erdölleitungen aufspüren können usw. Tiere wie der Zitteraal (siehe Seite 124), der sich mithilfe der Elektrolokation orientiert – indem er elektrische Ladungen abgibt, die sich wie Radarwellen ausbreiten –, werden ebenfalls in die Untersuchungen mit einbezogen.

Allgemeiner ausgedrückt lehren die Tiere die Roboter, wie sie reagieren, wie ihre Reflexe funktionieren und wie sie lernen. Das beste Beispiel dafür ist die Roboterratte Psikharpax (siehe Seite 128). Statt zu versuchen, die menschliche Intelligenz nachzubauen, verlegten ihre Entwickler sich auf die Imitation einer weniger komplexen Intelligenz, nämlich jener der Ratte. Psikharpax’ «Gehirn» besteht aus einem Mikrochip, der die Daten aus den Kameras und den Sinnesrezeptoren verarbeitet, mit denen der Roboter ausgestattet ist. Dieser Chip lernt, die Daten so zu verarbeiten, dass er sich beispielsweise seine Nahrung selbst beschaffen kann (in seinem Fall bedeutet dies das Andocken an elektrische Aufladestationen, die im Labor verteilt sind). An Psikharpax können seine Entwickler die Etappen seines Lernprozesses direkt untersuchen, die im Übrigen sehr viel langsamer ablaufen als bei einem echten Tier. Solche Forschungen, die auf der ganzen Welt an «Animaten» vom gleichen Typ wie Psikharpax durchgeführt werden, bringen gleichzeitig die Robotik und die Biologie ein Stückchen weiter, da hier tierische Verhaltensweisen aus einem neuen Blickwinkel analysiert werden.

13

TEAMWORK: WENN VÖGEL UND INSEKTEN COMPUTER INSPIRIEREN iere sind auch ein nützliches Vorbild, wenn es um Teamwork geht. Paradoxerweise kann man gerade von Tiergemeinschaften viel lernen, wenn es um vorgeblich menschliche Errungenschaften wie Organisation, Kommunikation oder sozialen Zusammenhalt geht.

T

Tierische Kooperationsmodelle gehören zu den wichtigsten Forschungsgebieten der Biomimetik.

Wie gelingt es einem Vogelschwarm, im Flug zusammenzubleiben? Wie schaffen es die Einzeltiere, sich nicht gegenseitig zu behindern oder zusammenzustoßen? Diese Fragen stellte sich der Informatiker Craig Reynolds, dem es 1986 gelang, die Bewegung von Vogelschwärmen zu simulieren, also die Regeln, denen ihre Fortbewegung folgt, in Formeln zu übersetzen, die ein Computer verarbeiten kann. Die Simulation ist auch unter der Bezeichnung Boids bekannt (Boids sind «bird-oid objects», also vogelähnliche Objekte).

Reynolds arbeitete drei große Prinzipien heraus: das Prinzip der Separation (einen bestimmten Abstand zu den Nachbarn einhalten), das Prinzip der Angleichung (in dieselbe Richtung bewegen wie die Nachbarn) und das Prinzip des Zusammenhalts (eigene Position in der Gruppe in Abhängigkeit vom mittleren Abstand der Nachbarn voneinander wählen). Reynolds Programm wurde (und wird heute noch) vor allem für die Entwicklung von Animationsfilmen oder Videospielen genutzt. Aber seine Bedeutung geht weit über diesen Anwendungsbereich hinaus.

In der Robotik können Reynolds’ Regeln die Aktion mehrerer autonomer Geräte koordinieren und dafür sorgen, dass sie ihre Formation (räumliche Anord-

nung) beibehalten. Dabei lassen sich die drei genannten Regeln natürlich mit weiteren Anweisungen ergänzen, etwa sich auf ein Ziel zuzubewegen, Hindernissen auszuweichen, einen bestimmten Bereich zu überwachen usw.

Auch das Gruppenleben der Insekten ist ein ausgezeichnetes Modell – nicht für den Menschen, aber für den Computer. Die Schwarmintelligenz der Bienen, Ameisen oder Termiten beruht nicht, wie man lange glaubte, auf der «Macht» einer Königin. Nicht nur kann eine Kolonie mehrere Königinnen haben, sondern diese «wissen» auch überhaupt nicht, was am anderen Ende des Baus vor sich geht. Die Schwarmintelligenz beruht nicht auf dem Gehorsam einem zentralen Gehirn gegenüber, sondern auf Kommunikation in Verbindung mit einer Vielzahl einfacher Interaktionen, deren Komplexität sich mit den Flugregeln von Reynolds vergleichen lässt. Diese Funktionsweise lässt unwillkürlich an einen Computer denken: Eine Vielzahl binärer Codes führt zu passenden Reaktionen.

Es ist daher kein Zufall, wenn zahlreiche vorhandene oder in der Entwicklung befindliche Computerprogramme versuchen, die «Denkweise» nicht einer Biene, sondern eines Bienenschwarms zu imitieren (siehe Seite 20). Ameisen und Bienen haben Fähigkeiten, die für Computer sehr nützlich sein können, vor allem in einem Netzwerk: den kürzesten Weg zu einer Quelle (Nahrungsquelle, Informationsquelle usw.) finden, Aufgaben ständig in Abhängigkeit von Bedürfnissen verteilen, um keine Arbeitskraft zu verschwenden, Gruppen von Individuen (oder Daten) in Umlauf bringen, ohne eine Sättigung zu erreichen, oder auch mehrere Lösungen prüfen und die geeignetste wählen.

SEIDE, PANZER UND BLÄTTER: ORGANISCHE MATERIALIEN SIND IDEALE MATERIALIEN ine Spinne sitzt unbeweglich auf dem Fensterbrett. Da nähert sich ihr ein Schatten, doch sie hat sich bereits in die Tiefe gestürzt – an einem Faden, den sie soeben selbst gesponnen hat. Eine Seide, die extrem schnell nach Bedarf hergestellt werden kann und stark genug ist, ein beträchtliches Gewicht zu tragen – welches menschengemachte Material könnte solche Kriterien erfüllen?

E

Es geht hier nicht allein darum, der Natur Bewunderung zu zollen, sondern vor allem darum festzuhalten, dass derzeit die in der Natur hergestellten Materialien widerstandsfähiger sind als alles, was die menschliche Technologie produzieren kann.

Der Faden der Spinne ist wesentlich strapazierfähiger als Stahl oder synthetische Kevlar-Fäden.

14

Man kann ohne Weiteres sagen, dass ein entsprechendes künstliches Material in den kommenden Jahren eine ähnlich wichtige Rolle spielen könnte wie Nylon vor einigen Jahrzehnten. Nur wären Fasern nach dem Vorbild der Spinnenseide darüber hinaus auch noch biologisch abbaubar. Dank der Biochemie, der Lehre von den chemischen Reaktionen im Inneren der Zellen, kommen wir diesem Ziel immer näher.

Die Spinnenseide besteht aus Proteinen. Das gilt auch für eine sehr große Anzahl anderer natürlicher Materialien, einschließlich derer, aus denen der menschliche Körper besteht. Kollagen, der Grundbaustein von Knochen, Haut und Bindegewebe, ist ein Protein, Keratin, aus dem Haare, Nägel, Hörner

und Federn bestehen, ebenfalls. Tatsächlich enthalten praktisch alle Lebensformen Proteine, die auf unglaublich vielfältige Art eingesetzt werden. Auf der Molekularebene setzen sich Proteine aus Aminosäureketten zusammen, wobei nur etwa zwanzig der Hunderte bekannter Aminosäuren für die Bildung natürlicher Proteine zuständig sind. Eine begrenzte Anzahl von Bausteinen, aber eine quasi unendliche Anzahl möglicher Materialien: Für die Biotechnologie ist das gleichzeitig ein Versprechen und ein Rätsel.

Das Gleiche wie für die Proteine gilt auch für die Kohlenhydrate. Ein großer Teil der lebendigen Welt besteht aus Polysacchariden (also verschiedenen Mehrfachzuckern). Pflanzenfasern, Insektenpanzer, die Knorpel der Wirbeltiere, all diese Materialien verdanken ihre Konsistenz, ihre Festigkeit, ihre Elastizität, ihre Widerstandsfähigkeit oder ihre Geschmeidigkeit den Eigenschaften der Polysaccharide. Diese können in Form von Glykogen als Energiereserve im menschlichen und tierischen Körper und bei Pilzen dienen, in Form von Stärke bei Pflanzen. Sie können aber auch ein strukturbildendes Material sein (also ein na-

türliches Baumaterial), wie die Zellulose im Holz oder das Chitin, aus dem die Insektenpanzer bestehen. Die Struktur der Zellulose – des Materials, aus dem der Großteil der Pflanzen besteht – ist besonders interessant (und schwierig zu imitieren). Zellulosefasern sind extrem belastbar (hatte nicht jeder schon mal Schwierigkeiten, den Stängel einer kleinen Blume zu pflücken?).Man könnte sich Textilien vorstellen, die nach Art pflanzlicher Gewebe hergestellt sind, mit Eigenschaften, die unsere modernen Synthetikfasern praktisch nie besitzen können: biologisch abbaubar, selbst reparierend, anpassungsfähig an die klimatischen Bedingungen in ihrer Umgebung.

Und dabei handelt es sich nicht etwa um ScienceFiction: Solche neuen Arten von Textilien werden derzeit erforscht oder existieren sogar schon, auch wenn sie noch nicht in großem Maßstab produziert werden können. Wenn es uns gelänge, Zellulose «nach Bedarf» herzustellen, wie es die Pflanzen tun, stünden uns zudem Baumaterialien (feste Rahmen, wasserfeste Oberflächen usw.) zur Verfügung, die deutlich leichter, effektiver und wirtschaftlicher wären als die aktuell verfügbaren.

BIOMINERALISATION – CHEMIE MIT MINIMALEM ENERGIEAUFWAND iere stellen nicht nur organische Materialien her, sie können auch Minerale produzieren, sogenannte Biominerale, und zwar weitaus besser als jede menschliche Technologie: keramische Stoffe. Das Perlmutt der Muschelschalen, Zahnschmelz, Knochen, Eierschalen werden von den Tieren aus den Mineralstoffen in ihrer Nahrung, im Meerwasser, im Boden usw. synthetisiert. Dieser Vorgang, die sogenannte Biomineralisation, ist nicht nur im Tierreich weit verbreitet, sondern wird auch von einigen Pflanzen beherrscht: Die Diatomeen, mikroskopisch kleine Kieselalgen (siehe Seite 56), stellen ihr Skelett aus Mineralstoffen im Wasser her. Es besteht aus Silicium, aus demselben Material also, aus dem auch Glas hergestellt wird.

T

Wie organische Materialien werden auch Biominerale nach Bedarf hergestellt. Sie können eine hermetische Schutzwand bilden, die von außen (fast) unzerbrechlich und von innen sehr fragil ist (Ei), sie können messerscharf und selbstschärfend sein (Seeigelstacheln, Rattenzähne), sie können ein beträchtliches Gewicht im Verhältnis zu ihrer Größe tragen (menschliche Knochen, siehe Seite 78). Und wie organische Materialien bringen auch sie Ingenieure zum Träumen.

Ihre bemerkenswerteste Eigenschaft ist zweifellos ihre Festigkeit. Das Perlmutt der Austern und der Seeohren (siehe Seite 108) ist widerstandsfähiger als Kevlar oder Stahl. Es verdankt diese Festigkeit seiner Struktur, die Forscher inzwischen imitieren und damit Materialien herstellen konnten (noch im

Versuchsstadium), die eine nahezu vollkommene Schlagfestigkeit aufweisen. Neben seiner Festigkeit zeichnet sich Perlmutt auch noch durch sein geringes Gewicht und seine Eleganz aus. In einigen Jahrzehnten können wir vielleicht unzerbrechliches Porzellan herstellen, das auf ästhetischer Ebene mit den schönsten Muschelschalen mithalten kann und natürlich vollständig recycelbar ist, wie alle Minerale aus der Natur.

Aber das ist noch nicht alles. Die Biomineralisation bietet noch einen weiteren unschlagbaren Vorteil: Sie erfolgt bei Umgebungstemperatur. Das klingt vielleicht zunächst belanglos, aber tatsächlich liegt darin die Lösung für einen großen Teil unserer Probleme mit Umweltverschmutzung und Energieverbrauch. Bisher sind für chemische Prozesse, durch die Materialien wie Glas, Keramik, Porzellan usw. entstehen, sehr hohe Temperaturen erforderlich. Wenn wir uns an Kieselalgen oder Glasschwämmen (siehe Seite 60) orientieren, eröffnen sich ganz neue Wege: Verfahren der sogenannten «Sanften Chemie» können Materialien bei Umgebungstemperatur synthetisieren. Noch sind sie nicht sehr verbreitet, doch sie vermitteln uns bereits eine Ahnung von einem neuen Zeitalter, in dem die Industrie ohne Verschmutzung der Umwelt und Verschwendung von Energie Materialien produziert, die wirklich im Einklang mit der Natur stehen.

15

AERODYNAMISCHE PROFILE UND ENERGIESPAREN o wie die Chemie sich zunächst entwickelte, ohne auf die Energiekosten zu achten, verschwendete man auch bei den technologischen Fortschritten des 20. Jahrhunderts (zum Beispiel im Bereich des Transportwesens) zunächst keinen Gedanken an die Energiekosten und die daraus resultierenden Schwierigkeiten. Sobald ein Flugzeug große Entfernungen überbrückte oder Geschwindigkeitsrekorde brach, interessierte es niemanden mehr, wie viel Treibstoff es dabei verbrannte. Inzwischen sind wir einen Schritt weiter, und auch im Bereich Energiesparen können wir viel aus dem Tierreich lernen.

S

Seit mehreren Jahrzehnten lassen sich die Ingenieure von Formen und Proportionen anregen, die sie bei Tieren oder Pflanzen gesehen haben, um die Windlast zu optimieren, Luftwiderstand und Turbulenzen zu minimieren usw. In den 1970er-Jahren orientierte sich der Deutsche Heinrich Hertel in seinen Arbeiten vornehmlich am Schwimmverhalten der großen Fische und Meeressäuger. Durch das Studium ihrer Formen und Proportionen konnte er seine Berechnungen zur Laminarität perfektionieren und an der Entwicklung von Flugzeugen mitwirken, die weniger Treibstoff verbrauchen. In jüngerer Zeit diente ein anderer Meeresbewohner, der Kofferfisch (siehe Seite 122), als Vorlage für ein neues Automodell: kein Bolide, aber ein Fahrzeug, das ein Drittel weniger Treibstoff verbraucht.

Die Tierwelt lehrt uns jedoch nicht nur das Energiesparen, sondern kennt auch die Antwort auf viele Fragen (einige Biomimetiker behaupten gar, auf alle Fragen), die sich Ingenieure sonst noch stellen. Der lautlose Flug der Eulen diente als Vorlage bei der Konstruktion von Jagdflugzeugen, aber auch dafür, bestimmte Hochgeschwindigkeitszüge leiser und angenehmer für die Passagiere zu machen. Noch spektakulärer ist das Beispiel des Eisvogels (siehe Seite 90), der den Konstrukteuren des japanischen Hochgeschwindigkeitszugs Shinkansen dabei half, eine harte Nuss zu knacken, an der sie sich schier

die Zähne ausbissen: Wie stellt man es an, dass der Zug in einen Tunnel einfährt, ohne Schockwellen zu verursachen?

Im Bereich des Energiesparens erreicht die Biomimetik ein kaum vorstellbares Potenzial. Die Geschichte beginnt mit dem Grayschen Paradoxon. In den 1930er-Jahren stellte der Biologe James Gray nämlich fest, dass schnelle Schwimmer wie Thunfische oder Delfine gar nicht genügend Muskelmasse besitzen, um die Geschwindigkeit zu erklären, mit der sie schwimmen. Auch Quallen stellten die Wissenschaft vor ein Rätsel: Wie können sie sich trotz des Wasserdrucks so schnell fortbewegen?

Wie man heute weiß, waren Grays Berechnungen fehlerhaft. Die wahre Lösung steckt aber im Vortex. Schon wieder so ein Begriff, der nach ScienceFiction klingt! Und auch hier bringt das zugrunde liegende Prinzip Ingenieuraugen zum Leuchten.

Vortex nennt man den Wirbel, der im Wasser (oder in der Luft) entsteht, wenn ein Festkörper (also beispielsweise ein Fisch oder ein Flugzeug) sich darin fortbewegt. Das Geheimnis von Thunfisch und Delfin liegt darin, den Schub des Vortex zusätzlich zu ihrer Muskelkraft zu nutzen. Der richtige Schlagrhythmus der Schwanzflosse ist dabei ganz wichtig. Quallen bewirken durch die pulsierenden Muskelkontraktionen zwei dicht beieinander liegende Ringwirbel, die sich gegenläufig drehen, und beschleunigen dadurch Strömung über einen vergrößerten Querschnitt.

Diese tierischen Strategien dienten bereits als Vorlage für die Fortbewegungsweise bestimmter Roboter und sollen eine zunehmend wichtige Rolle in der Entwicklung neuer Fahrzeuge spielen. Zumal die Nutzung des Vortex-Prinzips auch neue Energiequellen erschließt: So gibt es beispielsweise schon submarine Wellenkraftwerke, welche die Schwanzflosse des Thunfischs imitieren (siehe Seite 146), oder auch ein Projekt, in dem der Vortex, den vorbeifahrende Autos auf einer Autobahn erzeugen, in Strom umgewandelt werden soll.

BAUEN WIE EIN BAUM: ARCHITEKTEN UND DIE BIOMIMETIK ibt es ein Gebäude, das bei vergleichbarer Höhe genauso stabil ist wie ein Baum? Gibt es ein Gebäude, das aus vollständig recycelbaren Materialien errichtet ist? Gibt es ein Gebäude, das sich eigenständig Wasser und Energie beschafft, die es zum Funktionieren braucht? Die Antwort auf diese Fragen lautet natürlich Nein. Und doch … Oft genug haben Architekten sich von der Natur ästhetisch inspirieren lassen, doch einige suchen dort inzwischen auch nach der Lösung für praktische oder ökologische Probleme.

G

16

Bäume sind nicht nur Baumaterial, sondern auch Vorbild, und das schon seit jeher: So weiß man, dass Palmen (siehe Seite 110) Modell für die Säulen der ägyptischen Tempel standen. Im 18. Jahrhundert waren es die Eichen, die dem britischen Ingenieur John Smeaton als Vorbild für einen neuen Typ von Leuchtturm dienten. Der rot-weiße Eddystone-Leuchtturm, heute unter dem Namen «Smeaton’s Tower» (Smeatons Turm) bekannt und Prototyp einer langen Reihe baugleicher Türme, vereinte eine vorher nicht dagewesene Höhe und Stabilität in sich. Smeaton imitierte die Proportio-

nen eines Eichenstamms: breiter an der Basis, sich leicht verjüngend in die Senkrechte gehend und an der Spitze wieder breiter werdend, um dem Winddruck besser standhalten zu können.

Am Ende des 20. Jahrhunderts ist es nicht nur die Form der Bäume, die Konstrukteure auf neue Ideen bringt, sondern auch ihre innere Struktur. Beispiele dafür sind Bambus (siehe Seite 28) und Kiefer (siehe Seite 120), deren Wachstumsmuster den Weg zu einer besseren Verteilung von Kräften wies. Es gibt heute Autos, die im wahrsten Sinne des Wortes nach dem Vorbild der Kiefer konstruiert sind.

Doch die Architekten lassen sich nicht nur von Bäumen inspirieren, sie ziehen Lehren zu Konstruktion und Harmonie aus der gesamten Natur. 1917 veröffentlicht der schottische Biologe D’Arcy Thompson ein Buch, das Geschichte schreiben wird: «Über Wachstum und Form». Unter diesem Titel lotet Thompson die physikalischen Gesetze anhand der Form von Lebewesen aus: Was wäre, wenn ein Tier, beispielsweise ein Fisch, sich in Abhängigkeit von seiner Umgebung selbst «konstruiert» – in Reaktion auf den Wasserdruck, die Notwendigkeit, vor Feinden zu fliehen usw.? Unter den in «Über Wachstum und Form» aufgestellten Regeln findet sich auch – wieder einmal – die Wirtschaftlichkeit. Da die Natur immer mit möglichst wenig Material konstruiert, muss das Lebewesen entsprechende Formen «erfinden»: die Waben der Bienen, das Skelett der Kieselalgen, die Eierschale usw.

Trotz aller Hoffnungen des Autors revolutioniert «Über Wachstum und Form» nicht die Welt der Biologie, sondern wird zum Referenzwerk für Architekten und Ingenieure. D’Arcy Thompsons Berechnungen sind vor allem eine wertvolle Hilfe bei der Suche nach selbsttragenden Strukturen, also Ge-

bäuden, deren Stabilität und Steifigkeit auf ihrer Form basieren. Das ist etwa bei geodätischen Kuppeln der Fall, wie beispielsweise La Géode in Paris.

Die vom Architekten Richard Buckminster Fuller in der Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelten geodätischen Kuppeln haben keine «echte» Kugelform, sondern bestehen aus ineinander gebetteten Dreiecken, Sechsecken oder Fünfecken. Diese Struktur reiht sich nahtlos in die Vorbilder aus der Natur ein: Um die stabilste Kugel mit der geringstmöglichen Menge an Material zu konstruieren, wird auch hier auf dreieckige oder sechseckige Grundelemente zurückgegriffen – so macht es zum Beispiel die Kieselalge.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wenden sich die Architekten mehr denn je der Imitation des Lebendigen zu. Sie wollen elegante Formen schaffen und Material sparen, aber auch eine Harmonie mit der Umgebung herstellen und eine passive Energieversorgung ermöglichen. Stellvertretend für zahlreiche Beispiele seien an dieser Stelle die Arbeiten des Architekten Dennis Dollens genannt, der die «digitale» oder auch «genetische Architektur» predigt.

Dollens Idee ist es, dass es mithilfe von Computerprogrammen gelingen könnte, wie die Natur zu konstruieren, also zu imitieren, wie Pflanzen wachsen, wie Blätter oder Verzweigungen sich an einem Stängel verteilen – entgegen allem Anschein nämlich nicht zufällig. Dollens hat Gebäude entworfen, in denen die Räume wie «Samenkörner» an einem «Stängel» verteilt sind. Das bietet einen doppelten Vorteil: Einerseits erhält jedes «Korn» ein Maximum an Sonnenlicht, was ein passives Heizsystem möglich macht, andererseits lässt sich auf diese Weise material- und platzsparend die größtmögliche Anzahl von Zimmern unterbringen.

KÖNNEN WIR NICHT DIE NATUR SELBST IMITIEREN? as jedenfalls postuliert heute eine Reihe von Biomimetikern, darunter die Amerikanerin Janine Benyus, Gründerin einer Bewegung namens biomimicry (Imitation des Lebendigen). Durch diesen neuen Begriff kann Benyus sich von der Biomimetik abgrenzen, die ja nicht notwendigerweise darauf abzielt, Technologien in Harmonie mit der Natur zu erschaffen. Das biomimicry dagegen möchte aus der Natur die Mittel nehmen, um eine Industrie, eine Landwirtschaft, eine Architektur oder Lebensweisen zu entwerfen, die der Umwelt nicht schaden, die wie die Natur selbst recycelbar und energieautonom sind. Beispiele gefällig?

D

Prärien und Wälder sind ausdauernde Ökosysteme, die Früchte oder Samen produzieren, ohne die Böden auszulaugen. Könnte man sich einen Garten vorstellen, der nach demselben Modell funktioniert? Die Antwort lautet: Ja. Mitgliedern des Biomimicry Institute ist es gelungen, ein Anbausystem nach dem Vorbild der nordamerikanischen Prärie

auszutüfteln, das genauso viel produziert wie die intensive Landwirtschaft, die wir derzeit praktizieren, das dabei aber ausdauernd ist. Die Lösung: Auf Monokulturen verzichten und mindestens fünf bis sechs Arten gleichzeitig anbauen, vor allem auf mehrjährige Pflanzen und Hülsenfrüchte setzen, deren Wurzeln tiefer in den Boden reichen, Arten mit versetztem Entwicklungszyklus bevorzugen.

Noch ein Beispiel: das Recycling. Die Natur recycelt alles, und im Gegensatz zu uns gelingt ihr das ganz ohne Einsatz giftiger Chemikalien, die selbst nicht recycelbar sind. Kann man das nachmachen?

Auch hier lautet die Antwort: Ja! Es gibt bereits verschiedene Wasseraufbereitungsmethoden, die sich der gleichen Mikroorganismen bedienen wie die Natur selbst. Indem sie Bedingungen wie an Flussböschungen oder auf Waldböden erzeugen, lässt sich mit diesen Methoden die organische Materie im Abwasser in Humus verwandeln. Dieser Humus dient dann seinerseits als Filter. Auf diese 17

18

Weise wird neun- bis zehnmal weniger Energie verbraucht als mit den üblichen Verfahren. Selbstverständlich eignen sich solche natürlichen Recyclingmethoden nicht zur Behandlung von Giftmüll.

Aber mit einem stärkeren Fokus auf der Biomimetik könnte die Industrie auch auf eine Reihe giftiger Substanzen verzichten.

Wirkungsgrad erreichen, immer bessere Speichersysteme kommen auf den Markt. Mittel- bis langfristig ermöglicht die Beobachtung der Pflanzen zweifellos eine genauere Nachbildung der Fotosynthese und damit die bessere Erschließung einer nicht nur erneuerbaren, sondern auch kostenlosen Energiequelle.

Das letzte und zweifellos spektakulärste Beispiel ist die Fotosynthese. Pflanzen wandeln jährlich eine Menge an Sonnenenergie um, die dem zehnfachen Energiebedarf der Menschheit entspricht.

Die fotovoltaischen Zellen in Sonnensegeln imitieren diesen Prozess, wenn auch in einer sehr vereinfachten Form. Die Schwachstellen sind einerseits die mangelnde Effizienz und andererseits die fehlende Möglichkeit, die aufgefangene Energie über längere Zeiträume zu speichern. Doch es gibt Lösungen: Regelmäßig werden immer effizientere Solarzellen entwickelt, die einen immer höheren

Immer mehr Forscher und Hersteller interessieren sich vor allem deswegen für die Biomimetik (und insbesondere das biomimicry), weil die Natur Lösungen für zwei der wichtigsten Probleme unserer Zeit bereithält oder zumindest bereithalten könnte: den Umweltschutz und die Energieverknappung.

Was wäre, wenn Natur und Technik nicht mehr getrennt wären? Dann ist plötzlich vieles möglich.

Dann kann man eine Zukunft erahnen, die vielleicht nicht rundum rosig ist, aber doch grün. Liegt die Zukunft in der Biomimetik? Es fällt schwer, nicht darauf zu hoffen.

Dieses Buch entstand in Zusammenarbeit mit dem Muséum d’histoire naturelle (Naturgeschichtliches Museum) von Toulouse, dem Herbarium der Universität Montpellier 2 und dem Écolab der Universität Paul-Sabatier in Toulouse.

DAS MUSÉUM D’HISTOIRE

NATURELLE VON TOULOUSE

Das Muséum d’histoire naturelle von Toulouse war ursprünglich ein naturgeschichtliches Kabinett, in dem ab 1796 die Sammlungen von Philippe Picot de Lapeyrouse ausgestellt wurden. Schnell erlangte die Einrichtung wegen der Herbarien und Mineraliensammlungen Berühmtheit unter den europäischen Gelehrten. Im Laufe der Zeit wurde das Kabinett zunächst der wissenschaftlichen Fakultät der Universität Toulouse angegliedert und schließlich mit seinem ersten imposanten Ausstellungsstück, einer ausgestopften Giraffe, zum naturgeschichtlichen Museum.

Nach mehrjährigen umfassenden Renovierungsarbeiten wurde das Muséum Anfang 2008 wiedereröffnet und lädt die Besucher mit seinem übergreifenden Thema «Wissenschaft und Bewusstsein des Lebendigen» zu einer intensiven Auseinandersetzung mit dem Spannungsfeld Mensch – Natur – Umwelt ein. Es finden nun auch wissenschaftliche Debatten und Begegnungen statt, welche die Bedeutung der umfassenden Sammlungen in den Bereichen Paläontologie, Entomologie, Mammologie, Ornithologie, Botanik und Ethnografie eindrucksvoll unterstreichen.

Die Ausstellungen laden die Besucher ein, • die Kräfte der Erde zu spüren (z. B. seismische und vulkanische Aktivität),

• Hierarchien zu überwinden (das Leben verstehen: Biodiversität, Systematik, Organisation), • sich der Zeit bewusst zu werden (Erdgeschichte, Paläontologie, Entstehung des Lebens), • das Offensichtliche zu verstehen (Merkmale des Lebendigen: Nahrungsaufnahme, Atmung, Bewegung, Vermehrung, Schutz und Kommunikation), • in die Zukunft zu schauen (menschlicher Einfluss auf Ökosysteme und natürliche Ressourcen).

Der angrenzende Botanische Garten führt das Gütesiegel «Jardins botaniques de France» (Botanische Gärten Frankreichs). Seine ethnobotanischen Sammlungen stellen die Verbindungen zwischen Mensch und Pflanzen heraus.

Einen schönen Abschluss bieten schließlich die Jardins du Muséum (Museumsgärten) im Stadtviertel Borderouge, wo um ein besonders umweltfreundliches Gebäude herum ein Naturgarten (Schilf), ein angelegter Garten (Ausstellung von Gemüsepflanzen in den Gärten der Welt) sowie ein moderner Landschaftsgarten (Schattengarten) auf Entdeckung warten.

Muséum d’histoire naturelle de Toulouse www.museum.toulouse.fr

Wir danken Henri Cap, Philippe Annoyer und Pierre Dalous.

DAS HERBARIUM

DES INSTITUTS FÜR BOTANIK DER UNIVERSITÄT MONTPELLIER

Im botanischen Institut schlägt das Herbarium von Montpellier eine Brücke über die Zeit und schenkt den zukünftigen Generationen ein Kapital von unschätzbarem Wert. Das Herbarium mit seinen zahlreichen Zeugnissen verschiedener Botaniker aus Montpellier und seinen mehr als fünf Jahrhunderte alten Sammlungen gehört zu den wichtigsten in ganz Frankreich.

Es verfügt über vier Millionen Ausstellungsstücke – Pflanzen, Pilze, Sammlungen in Arzneischränken und bemerkenswerte Ikonografien.

Die ältesten Stücke gehen auf Richer de Belleval zurück, der Ende des 16. Jahrhunderts den

Jardin royal anlegte. Die Sammlung umfasst Belege aus dem 17., 18. und 19. Jahrhundert, die aus der Umgebung stammen oder auf großen Expeditionen gesammelt wurden. Auch heute noch kommen regelmäßig neue Pflanzen hinzu, sei es durch internationalen Austausch, Spenden oder Ankäufe. Insgesamt füllen heute mehr als 15 000 Pakete fünf Regalkilometer. Das Herbarium ist ein Ort der Bewahrung des naturgeschichtlichen Erbes, vor allem aber dient es der Forschung. Dank moderner Technik werden Teile der Sammlungen digitalisiert und so der ganzen Welt zugänglich gemacht.

Wir danken V. Bourgade, L. Gomel und P. A. Schäfer, Universität Montpellier 2, Sammlungsabteilung.

Ein herzlicher Dank geht außerdem an Narcisse Giani, René Le Cohu, Frédéric Azémar, Laurent Pelozuelo und Arthur Compin vom Écolab der Universität Paul-Sabatier in Toulouse.

19

HONIGBIENE Apis mellifera, Ordnung Hautflügler

● Domestiziertes soziales Insekt, stammt aus Europa und wird für die Honigproduktion gezüchtet. ● Brauner, behaarter Körper mit 2 Paar Hautflügeln (die im Flug gekoppelt sind) und 6 Beinen mit Häkchen an den Enden ● Das Abdomen ist in 7 Segmente unterteilt, die durch Chitinrippen zusammengehalten werden. ● Der Körper einer Arbeiterin ist etwa 1,5 cm lang, der einer Königin bis zu 2 cm.

Das Sechseck und seine Geheimnisse m 4. Jahrhundert beschäftigte sich der griechische Mathematiker Pappus mit dem, was später als «Honigwaben-Vermutung» bezeichnet werden sollte. «Mit einem göttlichen Sinn für Strategie», erklärte Pappus, «haben die Bienen das Sechseck gewählt, weil diese Struktur das wenigste Material erfordert.» Aber wie kann man mathematisch beweisen, dass die Aneinander- Die Wabenstruktur sorgt für minimalen Materialeinsatz. reihung von Sechsecken die ökonomischste «Parkettierung der Bienenwabenstruktur für PflasterEbene» darstellt (Parkettierung nennt arbeiten, Lagersysteme und dekoratiman in der Mathematik eine lücken- ve Zwecke verwendet. Bienenwaben lose Bedeckung einer Ebene mit de- sind nicht nur äußerst materialspackungsgleichen Vielecken)? Warum rend konstruiert, sondern auch bealso die von den Bienen gebauten Wa- sonders stabil. Mitte der 1980er-Jahre ben ein Maximum an Honig in einem wurden nach diesem Vorbild neuartiMinimum an Wachs halten können, ge Materialien entwickelt, die eine soohne Platz zu verschwenden. Nicht genannte Wabenstruktur aufwiesen. nur Pappus scheiterte an dieser Auf- Diese Materialien bestehen aus mehgabenstellung, sondern auch andere reren Oberflächen – meist aus KunstMathematiker bissen sich über Jahr- stoff und Glasfaser –, die sandwichhunderte hinweg daran die Zähne aus. artig um einen Kern aus Hohlwaben Die Bienen sind damit die Urheber eins angeordnet sind. Dank dieses Wabender schwierigsten Probleme in der Ge- kerns sind sie gleichzeitig leicht und schichte der Geometrie! Darwin kam widerstandsfähig, besonders gegen zu dem Schluss, dass die Effizienz der Kompression. Verwendet werden sie Lagerung im Sechseck auf die natür- im Automobilbau, in der Luftfahrt, im liche Auslese zurückzuführen sei: Die Bauwesen usw. Als neues EinsatzgeBienen, die am sparsamsten mit dem biet kommt die Speicherung von ReWachs umgehen, übertragen dieses genwasser hinzu, um ÜberschwemVerhalten auf ihre Artgenossen. mungen zu vermeiden.

Glücklicherweise stand das unEs sei noch angemerkt, dass die gelöste Rätsel der Nutzung des geo- «Honigwaben-Vermutung» erst 1999 metrischen Modells der Bienen nicht bewiesen werden konnte, durch den im Weg. Seit Jahrhunderten wird die Amerikaner Thomas Hales.

I

RECHTE SEITE >>>>>>>>>>>>> Apis mellifera (Bienenstock)

FANTASTISCHE BIONIK

DIE IDEALE R EGIERUNG? Vom alten Ägypten bis zur Zeit des Kaisers Napoleon diente der Bienenstaat vielen Herrschern als Symbol für das Königreich – und die Unterordnung unter die königliche Macht. Der Bienenstock als organisierte, aktive Gesellschaft wird gerne als Modell für Gehorsam und Effizienz herangezogen, mit bis in den Tod emsigen Untertanen, perfekter Organisation und eindeutiger Rollenverteilung – ein Modell für die absolute Monarchie. Ein Traum, den die Arbeiter nicht unbedingt teilen … oder die Arbeiterinnen!

WENN COMPUTER

MIT

BIENEN

Computern beizubringen, nach Art der Bienen zu kommunizieren, ist nicht nur möglich, sondern sogar sehr nützlich. Denn der Bienentanz dient nicht nur der Angabe der Richtung, in der Pollen zu finden ist, sondern reguliert auch den Arbeiterinnenstrom. Solange eine Reserve nicht erschöpft ist, tanzen die Arbeiterinnen bei 20

TANZEN

ihrer Rückkehr vor dem Stock, um ihre Artgenossinnen dorthin zu schicken. Nach und nach stoßen jedoch weitere Bienen in größerer Zahl dazu, die von anderen, besser ausgestatteten Futterplätzen künden, und ziehen damit die Aufmerksamkeit der meisten Arbeiterinnen auf sich. Forscher der Universität von Georgia in den USA

haben nach diesem Vorbild eine Software entwickelt, mit deren Hilfe Server die Aufgaben wählen können, denen sie sich vorrangig widmen. Auf einer virtuellen «Tanzfläche» können überlastete Server die «Aufmerksamkeit» (und damit die Ressourcen) anderer Server mit weniger Traffic auf sich lenken.

WEBSPINNEN Ordnung Araneae, Spinnentiere

● Ordnung der Spinnentiere, einer Klasse der Gliederfüßer ● Mit 8 Beinen und Giftklauen ● Mit Drüsen am Ende des Hinterleibs produzieren Spinnen Seidenfäden, mit deren Hilfe sie sich fortbewegen oder Netze weben können. ● Es sind über 40 000 Spinnenarten bekannt, die sich auf alle Kontinente mit Ausnahme der Antarktis verteilen.

RECHTE SEITE >>>>>>>>>>>>> Holocnemus pluchei, Olios argelasius, Araneus quadratus (Vierfleck-Kreuzspinne) TIERSTRATEGIE

ÜBERS WASSER GEHEN

Dolomedes triton ist eine semiaquatische Spinne, die ihre Beute auf dem Wasser von Teichen fängt. Um sie zu orten, nutzt sie die Wasseroberfläche so, wie andere Spinnen ihren Faden nutzen: Sie erkennt die Vibrationen, die ihr verraten, in welcher Richtung sich die Beute befindet. Dann geht sie auf recht eigentümliche Weise zum Angriff über: Sie läuft über das Wasser. Die Molekularspannung, die im Wasser stärker ist als in der Luft, erzeugt eine Art «Haut» auf der Wasseroberfläche, auf der sie sich im Gleichgewicht halten kann. Doch das ist noch nicht alles. Diese «Haut» ist flexibel, und die Spinne könnte sich auf ihr nicht fortbewegen, wenn sie nicht einen Trick anwenden würde: Sie nutzt zwei ihrer vier Beinpaare zum Paddeln und macht sich dabei wiederum die Elastizität der Wasseroberfläche zunutze.

FANTASTISCHE BIONIK

DIE SPINNE ERFINDET DAS NETZ Natürlich haben die Spinnen nicht das Internet erfunden. Aber dass die Bezeichnung web für «Spinnennetz» und für «Internet» steht, ist kein Zufall. Das Spinnennetz lieferte nicht nur die passende Metapher für das weltumspannende Netzwerk, sondern es ermöglicht auch das Verständnis für seine Architektur und in einigen Fällen sogar seinen Aufbau: Es liefert ein perfektes Modell, das gleichzeitig erweiterbar und streng strukturiert ist, komplexen Regeln gehorcht und manchmal unvorhersehbar ist.

22

Der heilige Gral der Bionik er Faden der Spinnen ist für die Wissenschaftler, die an der Entwicklung von «Biomaterialien» arbeiten, etwa das, was für die Ritter der Tafelrunde der heilige Gral war: begeisternd, faszinierend, lehrreich – und nahezu unerreichbar. Flexibler als Seide, widerstandsfähiger als Stahl oder Kevlar: Spinnen können das ideale Material herstellen, und in welcher Geschwindigkeit noch dazu! Man könnte Taue Die schusssichere Weste aus Spinnenseide steht auf der Wunschliste daraus herstellen (ein zahlreicher Forscher.

Seil aus Spinnenseide könnte ein Flugzeug im Flug abfan- wie die Spinnen selbst, also aus Progen), aber auch optische Fasern, Naht- teinen. Der begehrte Zauberfaden material für Chirurgen und schuss- setzt sich aus weichen, unstrukturierten Einheiten und geordneten Struksichere Westen.

Seit dem 18. Jahrhundert versucht turen zusammen, die hintereinander der Mensch, sich den Spinnenfaden angeordnet sind.

Inzwischen gibt es mehrere vielzunutze zu machen, zunächst durch Sammeln und Spinnen der Fäden. versprechende Ansätze: Der AmeriDoch das Unternehmen erwies sich kaner Randy Lewis und sein Team als wenig rentabel, vor allem weil fanden eine Methode zur Herstellung Spinnen nicht so verschwenderisch von Seidenproteinen aus Bakterien. viel Material produzieren wie bei- Das japanische Unternehmen Spiber, spielsweise Seidenraupen, aber auch, eine Ausgliederung der Keio Univerweil Spinnen sich im Gegensatz zu sität, stellte Qmonos her, ein Material den Raupen nur sehr schwer züch- aus synthetischem Fibroin (aus Proten lassen. In Gefangenschaft neigen teinen dieser Klasse besteht auch die Spinnen nämlich dazu, sich gegensei- natürliche Seide). Und die deutsche Firma AMSilk verkauft seit November tig aufzufressen.

Heute bemühen sich die Forscher 2013 Spinnenseidenproteine an die daher, Spinnenseide so herzustellen Kosmetikindustrie.

D

ROLLENDE SPINNE

AUF DEM

MARS

Cebrennus villosus, eine in der Sahara beheimatete Spinnenart, beherrscht etwas Einzigartiges im Tierreich: Während andere Spinnenarten nur passiv einen Abhang hinunterrollen können, um Feinden zu entkommen, kann Cebrennus villosus die Rotation mit den Beinen beschleunigen und so Geschwindigkeiten von 2 Metern pro Sekunde erreichen.

Damit nicht genug: Sie rollt auch Hänge hinauf! Ganz normal laufen kann sie natürlich auch.

Forscher würden Cebrennus villosus gerne als Vorbild für ein Raumfahrzeug zur Erkundung von Planeten nutzen. In einigen Jahren könnte die Sahara-Spinne also eine wichtige Rolle bei der Erforschung des Mars spielen.

DIE AUTORIN

LITERATURHINWEISE

Mat Fournier wurde 1972 in Aix-en-Provence geboren.

Einen großen Teil ihrer Kindheit und Jugend verbrachte sie in den Bergen von Mercantour. Dort entdeckte sie auch eins ihrer liebsten Hobbys, ohne dass sie auch heute nicht auskommt: durch den Wald streifen. Spazieren gehen, auf Felsen klettern, sich durch das Unterholz schlagen, im Fluss nasse Füße bekommen – gibt es eine bessere Art, seine Tage zu verbringen?

Allen, Robert (Hrsg.). Das kugelsichere Federkleid: Wie die Natur uns Technologie lehrt. Spektrum, 2011 Benett, Paul/Tanaka, Steven. Bionik – Hightech aus der Natur. Fackelträger, 2016 Blüchel, Kurt. Bionik. Wie wir die geheimen Baupläne der Natur nutzen können. Goldmann, 2006 Cerman, Zdenek et al. Erfindungen der Natur: Bionik – Was wir von Pflanzen und Tieren lernen können.

Rowohlt, 2005 Freier, Korbinian. Bionik – Ideenreich Natur. Bayerisches Landesamt für Umwelt, 2014 Kesel, Antonia. Bionik. Fischer Taschenbuch, 2015 Knauer, Roland/Viering Kerstin. Bionik: Abgekupfert von der Natur. Berlin Verlag, 2009 Kropp, Ruthild (Hrsg.). Genial geschützt! Raffinierte Verpackungen in der Natur. Theiss, 2015 Kuhn, Birgit/Brück, Jürgen. Bionik – Der Natur abgeschaut: Wissen auf einen Blick. 100 Bilder – 100 Fakten. Naumann & Göbel, 2008 Möller, Ralf. Das Ameisenpatent. Bioroboter und ihre tierischen Vorbilder. Spektrum, 2008 Nachtigall, Werner. Bionik. Lernen von der Natur.

C. H. Beck, 2008 Nachtigall, Werner/Wisser, Alfred. Bionik in Beispielen.

250 illustrierte Ansätze. Springer Spektrum, 2013 Speck, Thomas et al. Bionik – Faszinierende Lösungen der Natur für die Technik der Zukunft. Lavori Verlag, 2012 Thompson, D›Arcy Wentworth. Über Wachstum und Form. Eichborn, 2006

Im selben Alter und in denselben Bergen entdeckt sie auch noch eine andere Leidenschaft für sich: das Schreiben. Sofort beschließt sie trotz aller Gegenstimmen, niemals einen anderen Beruf zu ergreifen. Die Wette gilt!

Rund dreißig Jahre später wird sie nach dem Studium der Philologie freie Journalistin und veröffentlicht in verschiedenen Zeitschriften von «Wapiti» bis «National Geographic» regelmäßig Texte über die Natur und über Regionen in Frankreich.

Auf diese Weise hat sie nicht nur immer wieder einen hervorragenden Vorwand, in die Wälder zu ziehen, sondern lernt auch immer mehr über Tiere, Pflanzen und Landschaften. Und je mehr man weiß, desto neugieriger wird man; so entsteht in ihr der Wunsch, sich weiter in diese Themen einzuarbeiten und Naturbücher zu schreiben.

Gleichzeitig forscht sie an der Universität Paris 8 und an der amerikanischen Universität von Cornell in den Bereichen Literaturwissenschaft und Gender Studies.

Heute lebt sie in der Nähe der Finger Lakes im Nordwesten der USA. Ein idealer Ort, um durch den Wald zu streifen, auf Felsen zu klettern, sich durch das Unterholz zu schlagen und im Fluss nasse Füße zu bekommen …

BILDNACHWEIS Alle Bilder gehören zur Sammlung des Verlags Plume de carotte, mit Ausnahme der folgenden: • S. 44 (unten): Blickwinkel/M. Woike • S. 122 (Mitte): © Daimler AG • S. 28, 84 und 86 (jeweils unten): © Luc Schuiten • Rechte vorbehalten für die Seiten: 26 (or), 30 (ul), 36 (or), 48 (or), 54 (or und ul), 62 (ul), 64 (ul), 68 (ul), 70 (ul), 72 (ul), 76 (or), 80 (or und ul), 82 (or), 88 (or und ul), 102 (or), 112 (ul), 120 (or), 126 (or und ul), 128 (or), 130 (or), 132 (or und ul), 138 (ul), 140 (or), 146 (or und ul), 148 (or) Die museografischen Elemente der jeweils rechten Buchseiten stammen aus dem Museum für Naturgeschichte von Toulouse, mit Ausnahme der folgenden: • Hainbuche, Ahorn, Stinklorbeer, Seetang, Lotos, Amazonas-Riesenseerose, Palmenwedel und Zazonie, die Eigentum des Herbariums des Botanischen Instituts der Universität Montpellier-2 sind; • Kieselalgen, Languste, Tintenfisch, elektrischer Fisch und Bärtierchen, die das Écolab der Universität Paul-Sabatier von Toulouse zur Verfügung gestellt hat.

154

UND

LINKS

www.biokon.de BIOKON – Das Bionik-Kompetenznetz www.bionik-blog.de www.bionik-bremen.de/pages_DE/BIC_start.html Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C) der Hochschule Bremen www.bionikzentrum.de Internationales Bionik-Zentrum – Stiftung für Bionik www.gtbb.org GTBB – Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik e.V. www.kompetenznetz-biomimetik.de/links/ Umfangreiche Linksammlung des Kompetenznetzes Biomimetik

STICHWORTVERZEICHNIS Aal 124, 134 Abalone 108 Abraxas grossulanata (Stachelbeerspanner) 42 Abriebbeständigkeit 134 Absorptionsfähigkeit Licht 58, 60 Erschütterungen 114 Abwasserbehandlung 126 Acer opulifolium (Schneeball-Ahorn) 62 Acheta domestica (Heimchen) 72 Aculepetra ceropegia (Eichblatt-Radspinne) 24 Ader, Clément (Luftfahrtexperte) 11, 40 Adhäsion 68, 98 Adhemarius gannascus (Schwärmerart) 140 Aequorea victoria (Quallenart) 92 Aerodynamik 16, 148 Apothekerskink 134 Pinguine 88 Kofferfisch 122 Agave fourcroydes (Agavenart) 66 Agrimonia eupatoria (Gemeiner Odermennig) 30 Ägypten 20, 32, 110 Ahorn 11, 62 Akustikrezeptor 72 Alcedo atthis (Eisvogel) 90 Algen 52, 80 Allen, Bryan (Radsportler) 11, 48 Alsomitra macroscarpa (Zanonie) 150 Ameisen 14, 64 Amphibienfahrzeug 12, 88 Anas platyrhinchos (Stockente) 34 Anax imperator (Große Königslibelle) 85 Andenkondor 48 Androide 12, 78 Anemochorie (Ausbreitung durch Wind) 62, 150 Angerona prunaria (Schlehenspanner) 42 Animaten 128 Antenne (Languste) 13, 82 Antihaftung 32, 100 Antischwerkraftanzug 84 Apis mellifera (Honigbiene) 20 Apothekerskink 134 Aptenodytes patagonicus (Königspinguin) 88 Araneus diadematus (Gartenkreuzspinne) 24 Araneus quadratus (Vierfleck-Kreuzspinne) 22 Architektur 10, 16, 17, 28, 32, 50, 56, 86, 104, 132, 138, 144 Arctium lappa (Große Klette) 30 Argynoreta aquatica (Gebirgstrichterspinnen) 24 Argyronète (U-Boot) 24 Armadillo, The 112 Asio otus (Waldohreule) 76 Atmung 19, 24, 26, 60, 70, 86 Atta sp. (Blattschneiderameise) 65 Auftrieb 44, 62, 102, 150 Auftriebskörper 80, 136 Auge 13 bionisches 116 Eisvogel 90 entspiegeltes 98 Facetten- 98 Gecko 68 Katze 38, 92 Krake 116 menschliches 92 Pilgermuschel 50 Austern 15, 108 Autumn, Kellar (Gecko-Experte) 68 Ayers, Joseph (Unterwasserbiologe) 82 Bakterien 22, 86, 130 Bambus 17, 28, 74, 110

Bannasch, Rudolf (Biomimetik-Experte) 88, 126 Barthlott, Wilhelm (Erfinder Lotoseffekt) 10, 86 Bärtierchen 142 Basil, Jennifer (Wissenschaftlerin) 82 Bäume 16, 17, 28, 36, 62, 66, 110, 120 Benyus, Jeanine (Biomimetik-Expertin) 17, 52 Bernardin de Saint-Pierre (Reiseschriftsteller) 66 Beschichtung 11 Antihaft- 32, 100 antiseptische 10 Gebäude 86 Glas 56 Medizin 100 Polymer- 132 Schiffe 24, 54, 88, 130 selbstreinigende 132 Solaranlagen 98 Beschleunigung 22, 54, 84, 102, 148 Beton 28, 50, 52 Bewegungskoordinierung (Pinguine) 88 Bienen 14, 16, 20, 74 Bioelektrizität 124 Bioindikator 56 Biolumineszenz 46, 92 Biomechanik Meerestiere 26 Pinguine 88 Specht 114 Biomimetik 9, 10, 12, 14, 16, 18, 52, 54, 68, 86, 16, 134, 146 Biomineralisation 52 Bionic Car 120, 122 Bionic Penguin 88 Biowave-Anlage 80 Blattadern 36, 104 Blätterteigstruktur (Seeohren) 108 Blattschneidermeise 64 Blitzableiter 134 Bocksbart, Wiesen- 62 Bohrer 74 Boids (bird-oid objects) 14 Bombardierkäfer 132 Brachytrupes grandidieri (Grillenart) 72 Braunalge 80 Breitflügelfledermaus 40 Brustflosse Buckelwal 26 Delfine 54 Kofferfisch 122 Thunfisch 146 Buckelwal 26 Buckminster Fuller, Richard (Architekt) 17 Buntspecht 114 Byssus 100 Calcit 106 Calcium 52, 92, 102 Calciumcarbonat 52, 108 Calopteryx virgo meridionalis (Blauflügel-Prachtlibelle) 84 Campbell, Charles (Arzt) 40 Camponotus fellah (Ameisenart) 64 Canard (Flugzeug) 34 Carpinus petulus (Hainbuche) 36 Cataglyphis bicolor (Wüstenameise) 64 Cayley, George 11, 42, 62, 148 Cebrennus villosus (Sahara-Spinne) 22 Chapelle, Gauthier (Biologe, Bioniker) 10 Chenille arpenteuse (Landvermesserraupe) 42 Chirurgie, minimalinvasive 36 Chromatophoren 106, 136 Chrysemis picta (Zierschildkröte) 70 Ciconia ciconia (Weißstorch) 44 155

Ciconia nigra (Schwarzstorch) 44 Cingulata (Gepanzerte Nebengelenktiere) 112 CO2 52 Cocos nucifera (Kokospalme) 110 Coëssin, Gebrüder (Le Havre) 102 Columba livia (Felsentaube) 118 Combe-Capelle, Mensch von 78 Cornea 98 Cousteau, Jacques-Yves 24, 102 Crystal Palace 104 Cubitermes sp. (Termiten) 144 Culmann, Karl (Ingenieur) 78 da Vinci, Leonardo 10, 11, 40, 84 Darwin 20, 56, 140, 152 Dattelpalme, Echte 110 Daune 34 de Gayardon, Patrick (Flügelanzugbauer) 58 de Mestral, Georges (Ingenieur) 30 Dehydrieren 142 Delfin 11, 16, 26, 54, 146 Delphinus delphis (Gewöhnlicher Delfin) 54 Dendrocalamus giganteus (Bambusart) 28 Dendrocopos major (Buntspecht) 114 «Denise» (U-Boot) 102 Descartes 106 Destillanzug 132 Diatomeen (Kieselalgen) 15, 56 Dinoponera quadriceps (Ameisenart) 64 Diploria labyrinthiformis (Hirnkoralle) 52 Display 96, 136 Dollens, Dennis (Architekt) 17, 112, 138 Dolomedes sp. 24 Dolomedes triton (semiaquatische Spinne) 22 DOPA-Moleküle 100 Dornen Amazonas-Riesenseerose 104 Apothekerskink 134 Dornteufel 94 Ruthenisches Salzkraut 138 Dornteufel 94 Drachen (Fluggerät) 150 Drehwuchs (Weißstämmige Kiefer) 120 Dumont, Santos (Luftfahrtpionier) 34 Dynastes hercules (Herkuleskäfer) 132 EAP (elektroaktive Polymere)148 Eastgate Centre (Simbabwe) 144 Echoortung 40, 54, 140 Ectatomma brunneum (Ameisenart) 64 Eddystone-Leuchtturm 16 Effekt Fin-Ray- 126 Flossenstrahl- 126 Gerinnungs-100 Kapillar- 94 Korkenzieher- 132 Lotos- 86 optischer 96 piezoelektrischer 42 Unschärfe- 140 Eiffel, Gustave (Architekt) 78 Einfrieren 70 Eisenhower (US-Präsident) 72 Eispickel 82, 114 Eisvogel 16, 90 El Hierro (Kanarische Insel) 66 Elastizität Delfinhaut 54 Katze 38 Klettfrüchte 30 156

Wasseroberfläche 22 Electrophorus electricus (Zitteraal) 124 Elektrizität elektrische Fische 124 Fotozellen 98 Piezo- 42 statische 134 Unterwasserenergie 80 Wahrnehmung durch Fische 130 Zitteraal 124 Elektrolokation 13, 124 Elektronenmikroskop 10, 86, 106, 132 Energie 18, 42, 48, 50, 80, 86, 88, 92, 98, 122, 124, 126, 144, 146, 148, 150 -sparend 16, 26, 44, 48, 50, 74, 78, 80, 88, 90, 122, 124, 132, 136, 144, 148 Unterwasser- 80 Wind- 26, 48, 80, 150 Ente, mechanische 34 Entomopter 13, 140 Entspiegelung 98 Enypniastes eximia (karib. Holothurie) 46 Eptesicus serotinus (Breitflügelfledermaus) 40 Equus quagga (Steppenzebra) 152 Equus zebra (Bergzebra) 152 Etrich, Igo und Sohn (Luftfahrtpioniere) 11, 118, 150 Eulen 16, 76 Euplectella aspergillum (Gießkannenschwamm) 60 Exoskelett 56, 82 Fabre, Jean-Henri (Entomologe) 32 Facettenauge 98 Fallschirm 58, 62 Feldgrille 72 Feldtaube 118 Feldwespe, Gallische 74 Felis silvestris (Wildkatze) 38 Felis silvestris catus (Hauskatze) 38 Ferchault de Réaumur, René-Antoine (Naturforscher) 74 Fernsehturm 28 Festigkeit Biegungs- 120 Mikroelektroden 46 Qualle 92 Schlag- 15 Spongin 60 Stoß- 108 Widerstandsfähigkeit 22 «Festkörper des geringsten Widerstands» 11 Feuerqualle 92 Fibroin 22 Finney, Rex (Gleitflieger) 58 Fin-Ray-Effekt 126 Fische 70, 92, 122, 124, 126, 130, 146, 148 Fish, Frank (Prof. Biomechanik) 26 Fledermaus-Bombe (bat bomb) 40 Flexibilität Flügel Ornithopter 11 Hainbuchenblatt 36 Schuppentiere 112 Seetang 80 Spinnenfaden 22 Fliegen (Tiere) 13, 98 Flossenstrahleffekt 126 Flugapparat (-maschine, -zeug, -gerät) 11, 16, 28, 34, 40, 44, 48, 54, 62, 84, 88, 98, 118, 132, 146, 150 Flügel Ameise 64 -anzug 58 biologisch abbaubare 150 bionischer Pinguin 88

da Vinci 11 Feldtaube 118 Fledermaus 40 Fliege 98 Flugzeug «14-bis» 34 -form 40 gleiten ohne 58 Grille 72 Marienkäfer 36 -membran 62 Morphofalter 96 Rochenflosse 126 -schlag 40, 140 Schwärmer 140 Segelflugzeug 48 Storch 44 Waldohreule 76 Zanonie 150 Flügelfrucht 11, 36, 62 Flügelschlag 40, 84, 140 Flughaut (Gleithörnchen) 58 Flüssigpolsterung 84 fog basking 132 Forelle 11, 148 Fortbewegung 12, 13, 122 Apothekerskink 134 Forelle 148 Kofferfisch 122 Languste 82 Meerestiere 26 Pilgermuschel 50 Rochen 126 Ruthenisches Salzkraut 138 Schlangenstern 106 Spannerraupe 42 Thunfisch 146 Tintenfisch 136 Vogelschwarm 14 Fotosynthese 10, 18, 52, 104 Fotovoltaikzelle 36, 104 Franciszkiewicz, Lukas (Designer) 126 Frei, Otto (Architekt) 56 Frequenz Stridulation Grillen 72 Schallwellen Delfine 54 Schlängelbewegungen Apothekerskink 134 Tasthaare Ratten 128 Frostschutzmittel 70, 84 Frustel 56 Fulton, Robert (U-Boot-Erfinder) 102 Garoé (Stinklorbeer) 66 Gartenkreuzspinne 24 Gecko 68, 98 Gehör 13, 40, 72, 76 Geiser J.-M. (Hängegleiterkonstrukteur) 150 Gekko gecko (Tokeh) 68 Generator 80, 124, 146 Geometrie 20, 36, 40 Geruchsorgan/-sensor 13, 38, 82 Gesichtssinn 13, 38, 76 GFP (grün fluoreszierendes Protein) 92 Gherkin (Londoner Wolkenkratzer) 60 Gießkannenschwamm 60 Glas 15, 56, 104, 108 Glasfaser 20, 60, 84, 106 Glasschwämme 15, 60 Glaucomys volans (Südliches Gleithörnchen) 58 Gleitflug 11, 44, 48, 58 Gleithörnchen, Südliches 58 Gossamer Albatros 48

Gossamer Condor 48 Grasso, Frank (Wissenschaftler) 82 Gray, James (Biologe) 16 Griffin, Donald R. (Zoologe) 40 Grillen 72 Grimshaw, Nicholas (Architekt) 112 Großnilhecht 124 Grünspecht 114 Gryllotalpa vineae (Maulwurfsgrille) 72 Gryllus campestris (Feldgrille) 72 Gürteltier 112 Gymnarchus niloticus (Großnilhecht) 124 Gymnopleurus virens (Blatthornkäferart) 132 Hai 10, 122, 126, 130, 148 Hainbuche 36 Hales, Thomas (Mathematiker) 20 Haliotis australis (Meeresschneckenart) 109 Hammerhai 130 Hängegleiter 11, 44, 150 Hauskatze 38 Hausratte 128 Haut Delfin 54 Hai 130 Seegurke 46 Waldfrosch 70 Hebert, Frank (Science-Fiction-Autor) 132 Helikopter 12, 26, 62, 84 Helmcke, J. G. (Biologe) 56 Hemaris fuciformis (Hummelschwärmer) 140 Hendler, Gordon (Meeresbiologe) 106 Herkuleskäfer 132 Hertel, Heinrich (Luftfahrttechniker) 16, 146 Hitzeschutz 74, 134, 142 Hochgeschwindigkeitszug 16, 76, 90 Holocnemus pluchei (Spinnenart) 22 Homo sapiens 78 Honigbiene 20 Honigwaben-Vermutung 20 Hornisse, Asiatische 75 HotZone 82 Hummer 82 Huygens (Gelehrter 17. Jh.) 106 Hydrodynamik 122, 130 Hydrophobie 86, 118, 132 Impfstoff 142 Implantat 46, 100 «Inchworm»-Motor 42 Indianer 10, 48, 74 Insekten 10, 13, 14, 15, 20, 32, 36, 42, 64, 70, 72, 74, 84, 98, 140, 144 Iomys horsfieldtii (Horsfield Gleithörnchen) 58 Irisieren 96, 108, 132 Isolierung 34, 50, 64, 88 Jakobsmuschel 50 Johnson, Roger (Erfinder) 82 Kälteresistenz 70, 88 Kapillareffekt 94 Katholikenfrosch 70 Keramik 15, 108, 128 Keratin 14, 96, 112, 134 Kevlar 14, 15, 22, 108 Kiefer 17, 120 Kieselalge 15, 17, 56, 108 Klebstoff 46, 68, 70, 100 Kleidung 15, 30, 32, 34, 58, 84, 88, 96, 109, 112, 118, 120, 130, 132 157

Klette, Große 30 Klettverschluss 30 Klimatisierung 10, 144 Kniese, Leif (Wissenschaftler) 126 Knochen 14, 15, 40, 52, 70, 78, 90, 112, 114, 126, 136 Knochenfische 126 Knorpelfische 126 Koechlin, Maurice (Ingenieur) 78 Kofferfisch 16, 120, 122 Kokosnuss 110 Kollisionsvermeidung 98 Kolonie Ameisen 64 Fledermäuse 40 Gemeine Wespe 74 Schwarmintelligenz 14 Seeohren 108 Steinkorallen 52 Termiten 144 von Zellen 60 Kommunikation 14, 19, 20, 54, 64 Kondensation (aus Nebel) 66, 94 Königspinguin 88 Konservierung 70, 86, 142 Korallen(-riff) 46, 52, 82, 106, 122, 126 Kraftwerk 16, 17, 126 Meeresströmungs- 80, 146 Windkraftanlage 26, 48, 80, 151 Kraken 102, 116 Kryokonservierung 70 Kryptobiose 142 Labkraut, Kletten- 30 Laminarität 11, 16 Langevin, Paul (Physiker) 72 Languste 13, 82 Le Ricolais, Robert (Ingenieur, Architekt, Naturforscher) 50 Lehmwespe 10, 74 Leichtbauweise 50, 56 Lenkballon 11, 148 Leuchten siehe Biolumineszenz Leucophoren 136 Lewis, Randy (Hersteller Seidenproteine) 22 Libellen 10, 84 Libellula depressa (Plattbauchlibelle) 84 Lichtrezeptor 106 Lilienthal, Otto (Luftfahrtpionier) 11, 44, 150 Lodato, Franco (Designer) 82, 114 Lorenzini, Stefano 130 Lotoseffekt 10, 86 Löwenzahn 11, 62 Lungenautomat 24 Lunocet (Monoflosse) 54 MacCready, Paul (Ingenieur) 11, 48 Macrozanonia macrocarpa (Zanonie) 150 Manis tetradactyla (Langschwanz-Schuppentier) 112 Manta birostris (Riesenmanta) 126 Marienkäfer 36 Mattheck, Claus (Biomechaniker) 120 Maulwurfsgrille 72 Medizin 22, 36, 38, 46, 54, 56, 70, 92, 100, 114, 116, 130 Meeresgrund 12, 54, 80, 82, 88, 92, 102, 126, 146 Meerohren 108 Megaptera novaeangeliae (Furchenwale) 26 Megarhyssa ichneumon (Schlupfwespe) 74 Melone (Organ) 54 Michelson, Robert (Erfinder Flugroboter) 140 Miesmuschel 10, 100 Militär 30, 40, 82, 94, 124, 136 Mimese 42 158

Miura, Koryo (jap. Luftfahrtexperte) 36 Miura-Faltung 36 Moloch horridus (Dornteufel) 94 Monoflosse 54 Morgentau 24, 94, 132 Morphofalter 96 Muschel 15, 50, 100 Mytilus edulis (Gemeine Miesmuschel) 100 nachtaktiv 24, 38, 42, 58, 68, 76, 140 Nakatsu, Eiji (Ingenieur des Shinkansen) 90 Nautilus 80, 102 Nautilus umbilicatus (Nautilus) 102 Nebelkondensation 66 Nebeltrinker-Käfer 132 Nebengelenktiere, Gepanzerte 112 Nelumbium caspicum (Indische Lotosblume) 86 Nelumbo nucifera (Indische Lotosblume) 86 Nereocystis luetkeana (Seetang) 80 Neurologie 12, 124 Nobelpreis Chemie 92 Notaden benetti (australischer Katholikenfrosch) 70 Nurflügel 118, 150 Nylon 14, 30 Oberfläche antimikrobielle 130 selbstreinigende 10 wasserfeste 15 Ocotea foetens (Lorbeergewächs) 66 Octopus sp. (Kraken) 116 Odermennig, Gemeiner 30 Onymacris unguicularis (Nebeltrinker-Käfer) 132 Ophiocoma wendtii (Schlangensternart) 106 Ophiocomina nigra (Schwarzer Schlangenstern) 106 Oreodaphne foetens (Stinklorbeer) 66 Ornithopter 10, 11 Ortungssystem 40, 54, 76, 140 Echoortung 40, 54, 140 Geräuschortung 72 Oryba kadeni (Falterart) 140 Ourapterix sambucaria (Holunderspanner) 43 Palmen 16, 110 Panulirius argus (Karibik-Languste) 82 Parabolspiegel 76 Patagium (Flughaut) 58 Paxton, Joseph (Gärtner) 9, 104 Pecten maximus (Große Pilgermuschel) 50 Pelagia noctiluca (Leucht- oder Feuerqualle) 92 Perlmutt 15, 102, 108 Phoenix dactylifera (Echte Dattelpalme) 110 Phonotaxis 72 Picus viridus (Grünspecht) 114 Piezo-Effekt 42 Pilgermuschel, Große 50 Pillendreher, Heiliger 32 Pilze 15, 19, 92, 144 Pinguine 13, 54, 88 Pinus albicaulis (Weißstämmige Kiefer) 120 Pinus sylvestris (Wald-Kiefer) 120 Plattfische 126 Polistes dominula (Gallische Feldwespe) 74 Polykondensation 56 Polymer 12, 82 -beschichtung 132 elektroaktives 148 Kautschuk- 46 -oberfläche 68 -schicht 132 Porzellan 15, 102

Prachtlibelle, Blauflügel- 84 Propeller 11, 50, 62, 80, 84, 102, 126 Psikharpax 13, 128 Qmonos 22 Quallen 13, 16, 92 Rad 32 Radspinne, Eichblatt- 24 Raja clavata (Nagelrochen) 126 Rana dalmatina (Grasfrosch) 70 Rana sylvatica (Waldfrosch) 70 Rattenzähne 15, 128 Rattus rattus (Hausratte) 128 Raumfahrzeug 22 Raumsonde 10, 36 Raupen 22, 42, 84 RayBot 124 Recycling 15, 16, 17, 18, 52, 86, 132 Reflexion (Licht) 38, 44, 92, 96, 136 Regenbaum 66 Reiher 11, 44 Reptilien 68, 70, 94, 112, 134 Resonanzkörper 72 Reyes House 84 Reynolds, Crais (Informatiker) 14 Reynolds’ Regeln 14 Rezeptor 13, 38, 72, 106, 130 RFID-Technologie 96 Riesenmanta 126 Riesenseerose, Amazonas- 9, 104 RoboSnail 12 RoboLobster 12, 82 Roboter 12, 13, 14, 28, 34, 54, 64, 72, 116, 126, 140 -Ahornfrucht 62 Androide 12, 78 Ente 34 Entomopter 140 -gecko 68 intelligenter 128 -Languste 12, 82 -manta 126 Menschen- 78 -Pinguin 88 -ratte 13, 128 RayBot 124 Sahabot 64 Stickybot («Kleberoboter») 68 Unterwasser- 124 Rochen 126, 130 Röntgenstrahlen 38, 142 Rotor 26, 48 Rover 138 Rückenflosse 54, 130 Rüssel 98, 140 Sahabot 64 Salamandrella keyserlingii (Sibirischer Winkelzahnmolch) 70 Salmo trutta (Forelle) 148 Salsola kali var. tragus (Ruthenisches Salzkraut) 136 Salsola tragus (Ruthenisches Salzkraut) 136 Salzkraut, Ruthenisches 138 Samen 17, 30, 150 Sand 56, 134, 142 Sandfisch 134 Saphora denudata (Schnurbaum) 66 Satellit 36, 54 Säugetiere 13, 40, 78, 112, 128 Saugnapf 116, 136 Scarabaeus sacer (Heiliger Pillendreher) 32

Schallwelle 40, 54, 72, 76, 140 Scheren (Langusten) 82 Schiffe 54, 88, 130, 146, 152 Schlagflug 10, 11, 140 Schlangenstern, Schwarzer 106 Schlehenspanner 42 Schlupfwespe 74 Schmetterlinge 13, 96, 140 Schnabel Eisvogel 90 Großpinguine 88 Spechte 114 Stockente 34 Schnauze Apothekerskink 134 Kofferfisch 122 Schnecke 108 Schnurbaum 66 Schuppen Apothekerskink 134 Dornenteufel 94 Hai 130 Kiefernzapfen 120 Kofferfische 122 Morphofalter 96 Pillendreher 32 Schuppentiere 112 Schwärmer 140 Schuppentiere 112 Schurten, Luc (Architekt, Zeichner) 28, 84, 86 Schutz 19, 38, 84, 106, 136 -mechanismus (Spannerraupe) 42 -panzer 36, 56 -schild 46, 90 Schwämme 60 Schwanzflosse 16, 54, 146 Schwärmer 13, 140 Schwarmintelligenz 14, 64 Schwarzkäfer 132 Schwerkraft 12, 68, 84, 94 Schwimmanzug 130 Scincus scincus (Apothekerskink) 134 Seegurke 46 Seeohren 15, 108 Seetang 80 Seewalze 46 Seezunge 126 Selbstheilung 100 Selbstreinigung 38, 86, 118, 132 Selenocosmia crassipes (Vogelspinnenart) 24 Semiothisa clathrata (Gitterspanner) 42 Sepia officinalis (Gewöhnlicher Tintenfisch) 136 Seta 68, 98 Shaw, Percy (Erfinder) 38 Shimomura, Osamu (Wissenschaftler) 92 Shinkansen 16, 76, 90 Silicium 15, 56, 60 Silikon 46, 116 Siphon 102 Skarabäus 32 Skelett Hauskatze 38 Kieselalgen 15, 17, 56 Mensch 78 Rochen 126 Schlangenstern 106 Schwämme 60 Steinkorallen 52 Skinke 134 Smartfish 146 Smeaton, John (Leuchtturmbauer) 16 159

Snookie 13 Snowbird 11 Software 20, 64, 72, 76, 90, 98, 120, 138 Sonar 40, 54, 88 Sonnenenergie 18, 98 Sonnensegel 10, 18, 36 Spacefish 146 Spallanzani, Lazzaro (Universalgelehrter) 40 Spannerraupe 42 Spatulae 68 Specht 114 Sphyrna lewini (Bogenstirn-Hammerhai) 130 Spiegelung 96 Spinnen 14, 22, 24, 68, 100 Spinnenseide/-faden 14, 22, 48 Spirale, logarithmische 80, 102 Spitzklette, Gewöhnliche 30 Spongia officinalis (Gewöhnlicher Badeschwamm) 60 Spongin 60 Stabilität 16, 17, 28, 34, 50, 60, 78, 80, 104, 108, 110, 112, 118, 120, 122 Städtebau 86, 144 Stahl 14, 15, 22, 104, 108, 134 Steele, Jack (Forscher) 12 Stenocara gracilipes (Schwarzkäferart) 132 Steppenkraut, Ruthenisches 138 Steppenläufer 13, 138 Stickybot («Kleberoboter») 68 Stinklorbeer 66 Stockente 34 Storch 11, 44 Stridulation 72 Strömung (Wasser) 80, 82, 130, 146, 148 Swiftopecten swiftii (Muschelart) 50 Symbiose 52, 144 Tabanus cordiger (Bremsenart) 98 Tabanus fulvus (Bremsenart) 98 Tabanus intermedius (Bremsenart) 98 Tapetum lucidum 38 Tarentola mauritanica (Mauergecko) 69 Tarnung 42, 94, 136, 152 Tasthaare 128 «Taube» (Flugzeug) 118, 150 Tauben 11, 118 Taucherglocke 24 Temperaturregulierung 144 Tentakel 50, 92, 102, 116, 136 Termiten 10, 14, 144 Termitomyces (Termitenpilze)144 Teufelsrochen 126 Textilien siehe Kleidung Thayer, Abbott (Maler) 152 Thermik 44 Thompson, D’Arcy 17 Thunfisch 11, 16, 122, 146, 148 Thunnus thynnus (Roter Thun) 146 Tiefkühlung (Kryptobiose) 142 Tintenfisch 106, 136 Titanic 40 Titus, Albert (Optical Engineer) 116 Tokeh 69 Torpedo (Zitterrochen) 124 Tracheenlunge 24 Tsetsefliege 152 Tsui, Eugene (Architekt) 64, 84 Tsunami-Frühwarnsystem 54 Tuberkel 26 Tumbleweed 138 Tümmler, Großer 54 Tursiops truncatus (Großer Tümmler) 54 160

U-Boot 24, 54, 88, 102 Ultraschall 40, 54, 140 Unschärfeeffekt 140 Unsichtbarkeit 96, 152 Unterwasserfahrzeug 122, 126 Unterwasserlunge 24 Unterwassertechnik 54, 80, 88, 92, 100, 102, 124, 126 Van-der-Waals-Wechselwirkungen 68 Vaucanson, Jacques de (Erfinder) 34, 78 «Velcro» 30 Ventilator 26, 50, 62 Verteidigungsstrategie 46, 94, 108, 112, 136 Vespa velutina nigrithorax (Asiatische Hornisse) 74 Vespula vulgaris (Gemeine Wespe) 74 Victoria regia (Amazonas-Riesenseerose) 9, 104 Vincent, Julian (Leiter Biomimetikzentrum GB) 120 Vögel 9, 10, 11, 14, 30, 42, 44, 48, 62, 76, 84, 88, 90, 96, 98, 114, 118, 126 Vogelspinne 24 Vorderkantenwirbel 62 Vortex 16, 92, 122 Vultur gryphus (Andenkondor) 48 Wabenstruktur 17, 20 Wachstumsspirale 102 Waldfrosch 70 Waldohreule 76 Wal 26, 54, 126 Wasseraufbereitung 17, 26, 104 wasserdicht 24, 88, 118 Wasserdruck 16, 17, 26, 126 Wassergewinnung 10, 66, 94 Wasserspinne 24 Water Theatre 132 Waterlily House 104 Waterloo Station London 112 Watsu Center (Kalifornien) 64 Webb, Barbara (Roboterentwicklerin) 72 Webspinnen 22, 84 Weichtiere 13, 50, 100, 102, 108, 136 Weißstorch 44 Wellblech 50 Wels, Franz (Mitarbeiter der Etrichs) 150 Weltraum 13, 22, 30, 36, 138, 140, 142, 146 Wespen 13, 74 Weste, schusssichere 22, 108 Windkraftanlage 26, 48, 80, 150 Widerstandsfähigkeit (Material) 20, 22, 28, 50, 52, 108, 120, 144 Winglets 48 Wingsuit (Flügelanzug) 58 Winkelzahnmolch, Sibirischer 70 Wirbel (Wasser) 80, 92, 126, 146, 148 Woven City 84 Wright, Gebrüder (Luftfahrtpioniere) 34 Wüstenameise 64 Yoliocs 148 Zahnschmelz 15, 78, 128 Zanonie 118, 150 Zebra 152 Zehnfußkrebs 82 Zeppelin 148 Ziesel 58 Zirplaute 72 Zischägge 82 Zitteraal 13, 124 Zoochorie 30 Zuckertoleranz 70