Bionik - Von der Natur für den architektonischen Entwurf lernen

Thematisch inhaltliche Grundlagen der Bachelorarbeit CLAUSURA

BIONIK Von der Natur für den architektonischen Entwurf lernen Lennart F. Hamm 295919

VERZEICHNIS

Kapitel 1 1–25 Titel1 xxx Titel 2 xxx Titel 3 xxx Titel 4 xxx Kapitel 2 Titel 1 Titel 2

Gesamtseitenzahl

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Kapitel 1

EINLEITUNG

Was ist und kann Bionik? „Der menschliche Schöpfergeist kann verschiedene Erfindungen machen (...), doch nie wird ihm eine gelingen, die schöner, ökonomischer oder geradliniger wäre als die der Natur, denn in ihren Erfindungen fehlt nichts und nichts ist zu viel.“ Leonardo da Vinci Wir Menschen bauen seit knapp 10.000 Jahren, doch die Natur konstruiert seit 4.600.000.000 Jahren. Die Produkte, welche sie uns heute zeigt, sind das Ergebnis von langer und langsamer Perfektion, abgestimmt auf die am Ort herrschenden Bedingungen und Gegebenheiten. Warum sollte der Mensch sich also ständig neu erfinden, wenn er Wohnraum schafft? Auch unsere Baukultur ist Produkt evolutionäre Prozesse. Betrachtet man die Geschichte der Architektur findet man immer wieder Rückbesinnung auf alte Bauweisen, die im Kontext der aktuellen Zeit neu aufgegriffen werden. Es lässt sich nicht nur in der Welt der Architekten eine Entwicklung basierend auf zuvor gemachten Erfahrungen entdecken, dieser Prozess findet auch in der Welt ohne Architekten statt. Vernakuläre Bauten und Favelas, die aus Tradition und Weitergabe von Erkenntnissen entstanden sind, zeigen erstaunliche Ähnlichkeiten zu dem Konstrukteur der Natur: Die Evolution 1. Es wird aus einem Informationspool (in der Natur der Genpool) geschöpft, durch Anwendung ausprobiert und das Ergebnis analysiert. Mit der Zeit setzen sich selektiv die Informationen durch, die sich als ökonomischste Lösungen erweisen.

Bionik ist eine Technowissenschaft 2. Dieser Begriff drückt aus, dass unter ihm Technik und Wissenschaft untrennbar vereint sind. Es geht also weder um verwissenschaftlichte Technik, noch um technisch angewandte Wissenschaft. Vielmehr entsteht eine Synthese, die erlaubt Erkenntnisse aus dem einen Bereich in den anderen zu übertragen. Das Studium der Natur kann Einsichten geben, welche die Art zu entwickeln oder zu konstruieren beeinflussen. Betrachtet man die Natur als Ingenieur, der Problemlösungen findet, bietet sie Nutzbares, das zuvor weder in der Biologie noch in der Technik existiert hat.

“Leben ist eine Seinsweise von (Natur-)Gegenständen, die sich durch Organisation, Regulation und Evolution auszeichnen.”

(Toepfer 2005) Im Volksmund werden biomorphe Konstruktionen oft als Bionik abgetan. Jedoch trifft das nicht die eigentliche Intention. Bionik ist der Übergang von der technischen Biologie in die Technik oder umgekehrt. Dabei versucht die Bionik vor der Übertragung zunächst einmal Prinzipien aus der Biologie zu abstrahieren und anhand von Modellen zu erfassen. Diese Prinzipien werden dann für den Designprozess eines technischen Produkts verwendet. Es geht also nicht um bloße Kopie der Natur. Die Natur wird als Vorbild genommen, um anhand ihrer Methoden zu entwickeln.

Bionik bedeutet also auch eine Haltung aufzunehmen. Sie erfordert interdisziplinären Dialog. Dabei steht eine Offenheit dem Unbekannten gegenüber im

Kapitel 1 EINLEITUNG Was ist und kann Bionik?

Vordergrund. Natur wird nicht nur als Vorbild für Designprozesse genommen, sondern zeigt grundlegende Prinzipien, von denen eine neue Moral abgeleitet werden kann. Die Natur geht mit nichts verschwenderisch um. Abfall kennt sie nicht. Alles wird recycelt. Das führt dazu, dass nichts im Übermaß vorhanden ist. Gleichzeitig herrscht ein ständiges Gleichgewicht. Gibt es einen zu großen Bestand an Antilopen, haben Löwen es einfacher an Beute zu gelangen. Geht die Zahl der Antilopen zurück, verhält es sich gleich mit der der Löwen. Dort wo Monokulturen entstehen, ist es wahrscheinlich, dass Parasiten diese Pflanzen befallen und wieder Raum für Biodiversität schaffen. Aus bionischer Betrachtung lassen sich drei wichtige Prinzipien der Natur erkennen: Nutzung der Sonnenenergie, totale Rezyklierung und komplexes, umweltorientiertes Management 3. Es gilt diese mit den Grundbedürfnissen menschlichen Daseins für ein harmonisches Leben auf der Erde zu verbinden: Essen, Energie, sauberes Wasser, Unterkunft, Entsorgung und Abwasserbehandlung.

Um die Probleme, die uns die Zukunft bringt – wie Klimawandel, Massensterben oder Überbevölkerung – zu bewältigen, bedarf es einer Zusammenarbeit. Die Natur macht uns vor wie komplexe, entgegengerichtete Systeme miteinander vernetzt werden können. Es gilt für uns Integration zu leisten. Es gilt für uns mit den örtlichen Bedingungen zu arbeiten und auf diese zu reagieren. Die Lösung findet sich nicht an einem anderen Ort, aber muss von den dort gemachten Erkenntnissen profitieren. Die globale Vernetzung ermöglicht ein weites Feld für Inspiration.

In Rückkopplung mit der örtlichen Problemstellung, können neue Lösungsansätze erreicht werden, die so vorher nicht existiert haben. Der Verzicht auf Wissen ist eine Todsünde.

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Kapitel 2

BIOLOGISCHE PRINZIPIEN UND METHODEN

Herangehensweise in der Biologie

Im folgenden Abschnitt wird die Herangehensweise zur Erfassung von Systemen oder Objekten in der Biologie erklärt.

1. Beobachtung und Beschreibung: 4 Der Beobachter ist zunächst passiv und nimmt keinen Einfluss auf das Objekt und seine Gegebenheiten. Er muss sich darüber bewusst sein, dass seine Sinnesorgane ebenso wie Messgeräte die erhaltenen Informationen verzerren, verändern oder gar verringern. Eine Auswertung muss demnach kritisch erfolgen. Die Beschreibung erfolgt so, dass keine Informationen, die durch die Beobachtung erhalten wurden, verloren gehen. Es wird auch nichts hinzu gedichtet.

Diese Methode ist geeignet für folgende Anwendungsbereiche: Es handelt sich um die Analyse eines Objekts oder Systems, welches mit keinem anderen System in Kontakt steht (oder durch andere äußerliche Faktoren bedingt wird).

Unterschiedliche jedoch ähnliche Objekte oder Systeme werden miteinander verglichen.

Man versucht zu ergründen, wie sich ein System zeitlich verändert. Die Beobachtung erfolgt über einen bestimmten Zeitraum oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten.

Es besteht Kontakt mit wenigen anderen System, der aber leicht zu durchschauen ist.

Diese Systeme weisen für die Untersuchung eine hohe Relevanz auf.

Wann reicht einfaches beobachten und beschreiben nicht mehr aus?

Sobald die wechselseitigen Beziehungen verschiedener Systeme nicht mehr durchschaubar sind und kausale Zusammenhänge sich nicht erfassen lassen, ist ein Experiment gefordert.

Reagiert das betrachtete System erst auf Reizung, muss eine Interaktion stattfinden beziehungsweise hat bereits stattgefunden. Die objektive Rolle wurde verlassen.

Die Beobachtung und Beschreibung dient als Grundlage für weiteres Vorgehen.

Sie ermöglicht eine erste Klassifizierung, zeigt Möglichkeiten zur Analogiebetrachtung und abstrahiert ein Objekt oder System in seinen Grundzügen. Es entsteht eine Grundlage für Hypothesenbildung.

2. Experiment: Experimente sind eine Möglichkeit Informationen, die durch Beobachtung und Beschreibung erhalten wurden, zu belegen. Sie können auf qualitative oder quantitative Herangehensweise erfolgen. Qualitative Experimente weisen meist einen höheren Aufwand auf als quantitative 5. Die Erkenntnis, die man durch das qualitative Experiment erlangt, wird anschließend quantitativ verifiziert. Da die Funktionsweise von Einzelteilen im komplexen System schwer erkennbar ist, liegt es nahe diese experimentell los zu lösen. Problematisch ist jedoch, dass Teilsysteme sich im Verbund meist anders verhalten als in ihrer freigestellten Betrachtung. Ganzheitsbetrachtungen führen nur weiter, wenn sie Schritt für Schritt analytisch erfasst werden.

Kapitel 2 BIOLOGISCHE PRINZIPIEN UND METHODEN Herangehensweise in der Biologie

Dabei fließen die Antworten aus den Teilschritten aufbauend in die Experimente ein.

Folgende Möglichkeiten bieten sich an um schwer erreichbare Vorgänge in Systemen zu erfassen: Lässt sich ein Vorgang schwer aus seinem System lösen, kann über einen zweiten Vorgang (von dem man weiß, wie er mit dem ersten korreliert) experimentell auf den ersten geschlossen werden.

Es bietet sich an eine Struktur aus einem Verband zu lösen, wenn diese nicht experimentell erreichbar ist. Dadurch werden auch anschließende Strukturen, die die Messung stören, eliminiert. 6 Versuche sollten so ausgelegt sein, dass sie reproduzierbar sind. Die Versuchsbedingungen zu veröffentlichen ermöglicht, dass das Experiment immer wieder auf genau die gleiche Art nach geprüft und wiederholt werden kann. Somit kann das Experiment zu einem späteren Zeitpunkt unter Einbezug von neuen Erkenntnissen wiederholt werden und mit dem zuvor erhaltenen Ergebnis verglichen werden.

Durch gezielte Ausschaltung können anhand der Mangelerscheinung im System Rückschlüsse auf die Wirkungsweise des Systems geschlossen werden. Im Umkehrschluss lässt sich auch die Funktionsweise eines ausgeschalteten Teilbereichs erkennen. Über statistische Methoden lassen sich Aussagen zur Korrelation zweier Systeme treffen. Jedoch gibt es keinerlei Aufschluss über Kausalitätszusammenhänge.

3. Schlussfolgern, Beurteilen und Erklären: Für die Schlussfolgerung werden Methoden verwendet, die sich durch ständige Rückkopplung und daraus resultierende Anpassung auszeichnen.

Die induktive Methode 7 beschreibt den Aufstieg vom Spezifischen zum Allgemeinen einzelne Induktionsschritte heben die Problemstellung auf die nächste Ebene.

Mit steigender Ebene nähert man sich einer allgemeineren Gesetzlichkeit unter Zunahme der Komplexität.

Induktive Methode

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Kapitel 2

Die deduktive Methode 8 eignet sich als Wegfinder für induktive Schlüsse. Unter der Annahme einer Gesetzmäßigkeit wird überprüft, ob der Einzelfall unter diese fällt. Der Weg verläuft also umgekehrt vom Allgemeinen zum Spezifischen. Ist eine allgemeine Gesetzmäßigkeit gefunden, muss sie auch viele spezifische Fälle vergleichbarer Art unter sich aufnehmen und erklären können. Bei richtiger Formulierung ermöglicht sie Vorhersagen über Einzelfälle.

Deduktive Methode (I = induktiv, D = deduktiv)

Die Analyse fragt nach der Funktionsweise des Einzelfalls im System. Um das Zusammenwirken der Entitäten zu verstehen werden analysierte Teile wieder zum Gesamtsystem zusammengebaut, um seine Aufbauprinzipien zu erfassen. An diesem Punkt wird die Analyse zur Synthese. Dadurch, dass die Analyse nicht ohne Synthese auskommt, beinhaltet jede Analyse ein synthetisches Moment.

Für die letztliche Überprüfung kann Gebrauch von der exakten Induktion 9 gemacht werden. Zunächst einmal wird in der generalisierenden Induktion 10 (siehe Diagramm) eine allgemeine Gesetzlichkeit aufgestellt, die durch zirkulative und rückgekoppelte Prozesse entsteht. Hat man diese gefunden setzt man durch exakte Induktion einen vergleichbaren Spezialfall ein. Dieser muss so reagieren, wie es durch die aufgestellte Gesetzlichkeit zu erwarten ist. Die exakte Induktion ist also an dieser Stelle das qualitative Experiment, welches die Erkenntnisse aus den quantitativen Versuchen belegt. Über das Kausalitätsprinzip 11 lässt sich ein Phänomen erklären. Kant setzt mit der Kausalität jedem Geschehen einen Vorgang voraus, dem jenes gesetzmäßig folgt.

Die Beziehung zwischen zwei Phänomenen erklärt sich also durch die Verknüpfung von Ursache und Wirkung. Hat man ein System in seinen kausalen Beziehungen erfasst, müssen diese widerspruchsfrei nebeneinander stehen. Man nennt das „widerspruchsfreies Schachtel-System“ 12.

Philosophen wie Aristoteles sprachen von einer „vis vitalis“. Eine treibende Kraft, die einen Organismus dazu bringt Aktionen auszuführen. Bei biologischer Betrachtung lässt sich jedoch keine solche Kraft finden. Einen Gegenstand einem Zweck zuzuweisen ist antropomorph. Der Mensch schreibt Objekten oder Systemen zu, dass 8

Kapitel 2 BIOLOGISCHE PRINZIPIEN UND METHODEN Herangehensweise in der Biologie

sie ihre Funktionsweisen so ausgerichtet haben, dass sie einen Zweck erfüllen. Dies beinhaltet jedoch keinerlei erklärenden Charakter. Die Zweckmäßigkeit eignet sich als heuristischer Wegfinder. Einem Objekt einen Zweck zu zuweisen kann als Vorstellung dienen, um kausale Bestimmungen zu ergründen. Die Zweckmäßigkeit bedarf dann einer Erklärung, der Einordnung in ein Kausalsystem.

Erkenntnisse und Aussagen werden aus wissenschaftlicher Sicht nie historisch betrachtet, sondern immer im Kontext der Gegenwart gewertet.

Biologische Arbeitsweise

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Kapitel 3

WIE BIONISCHES ARBEITEN FUNKTIONIERT

Von technischer Biologie zur Technik

Bionik nimmt sich die Natur zum Vorbild. Aufgrund evolutionärer Entwicklung kann man davon ausgehen, dass die Nutzung der Gesetzlichkeiten auf der Erde sehr ausgereift ist. Zudem bietet sie mit unterschiedlichen und vielfältigen Konstellationen einen nahezu unerschöpflichen Fundus für die Entwicklung von Ideen. Es gibt drei Anwendungsgebiete 13 für Bionik: in der Konstruktionsbionik wird das Endprodukt zum Vorbild genommen. Die Verfahrens- und Funktionsbionik befasst sich mit der Ordnung und Schaltung kausaler Ketten. Anhand von evolutiven Prozessen (Informationserzeugung über einen zeitlich dynamischen Ablauf) schließt die Entwicklungsbionik auf allgemein anwendbare Prinzipien.

Die Technik brachte den Menschen das, was ihm die Natur nicht geben konnte.

Trotzdem ähneln sich Technik und Natur, da sie beide zweckorientiert sind. Damit sich die Technik von der Natur inspirieren lassen kann, orientiert sie sich an ihr in analoger Weise für die Entwicklung von Konstruktionen. Den Spannungsbogen zwischen Natur (technischer Biologie) und Technik schafft die Bionik. Dabei untersucht sie Prinzipien, Verfahren, Methoden und Realisierungen.

Bionische Arbeitsweise

[A] -» [B] : Mithilfe des vierfachen Methodengefüges 14 (Induktion, Deduktion, Analyse, Synthese) wird zunächst einmal Grundlagenforschung betrieben. Sie startet mit der Suche nach Analoga. Aus diesen lässt sich ein Grundgerüst für weitere Prozesse aufbauen. Hat man ein Modell gebildet, muss dieses ermöglichen vorauszusagen, wie das Original auf Reize reagiert. Das Modell muss daher eine angemessene Beschreibung liefern. Es gilt eine Überprüfung durchzuführen Schritt [A] und Schritt [B] in rückgekoppelter Weise miteinander zu verknüpfen. Das Modell [B] verknüpft die Theorie mit dem biologischen Original [A]. Ein Modell bildet die Brücke zwischen einer Theorie und einem bestimmten Gegenstand. Die Theorie wird erst durch das Modell anwendbar und überprüfbar. Es gibt drei mögliche Ähnlichkeitsbeziehungen 15 zwischen biologischen Original und Technik: bildhafte (ikonische) Ähnlichkeit, formale (nomologische) Ähnlichkeit, funktionelle Ähnlichkeit.

Modelle können Theorien auf verschiedene Weisen erklären 16: die kausale Erklärung schließt von einem beobachteten Ereignis (Wirkung) auf ein auslösendes Ereignis (Ursache). Erklärt sich die Handlung durch ein angestrebtes Ziel, spricht man von intentionaler Handlungserklärung. Die teleologische Naturerklärung schreibt

Kapitel 3 WIE BIONISCHES ARBEITEN FUNKTIONIERT Von technischer Biologie zur Technik

der Entstehung oder der Produktion von etwas zu, dass sie einen finalen Zweck erfüllen soll.

[B] -» [C] : Die Technik kann die Natur nicht überlisten, was auch gar nicht nötig ist. Arbeitet sie mit ihr, ist sogar eine Energieoptimierung möglich. An dem Übergang von Modell zu technischen Konstrukt kann für eigenständiges ingenieurmäßiges Denken gelernt werden. Die Bionik versucht hier die optimale Verknüpfung von Mensch (Wunsch), Natur (ist-Zustand) und Technik (nach Wunsch zu optimierender ist-Zustand) zu schaffen. Bevor das Modell [B] mit der Technik [C] korrelieren kann, braucht es seitens der Technik eine Fragestellung. Anhand der Fragestellung kann nun aus einem Informationspool 17 (entstanden aus der Grundlagenforschung) geschöpft werden. Die zweckfreie Grundlagenforschung ähnelt der Evolution. Die Evolution schöpft bei Änderung der Umweltbedingungen aus einem Genpool, der zuvor gefüllt wurde. Einzelne genetische Informationen werden ausprobiert und setzen sich dann selektiv durch. Die Information aus dem Grundlagenpool fließen in die Schnittstelle zwischen Konzeption und Prinzip Modell und zudem in die Iterationsschleife der Markt Verankerung. Bionik ist also sowohl Helfer für Prinzipentwicklung, als auch für Detailänderung und -anpassung. Vor der vergleichenden Betrachtung von Technik und Biologie gilt es einen Katalog mit den Aufgaben der Technik und Funktionen der Biologie anzulegen. Bei technologisch gleichartiger Übertragung werden alle Prinzipien übernommen und technisch übertragen. Bei technologisch andersartiger Übertragung orientiert sich ein technisches Produkt zwar an der Natur, ist funktionell aber anders umgesetzt.

Grundlageforschung

In der Bionik stehen technisches Produkt und Biologie in Zirkulation 18. Erkenntnisse in einem Bereich erlauben Rückschlüsse auf den anderen. Manchmal ist diese Zirkulation für den Arbeitsfortschritt nicht unbedingt erforderlich. Es genügt die Beschränkung auf Transferierungen und eventuell eine spätere Rückkehr zur Zirkulation.

Wissenschaft arbeitet mit Hypothesen und Theorien strebend nach der Erkenntnis.

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Kapitel 3

Betrachtet man die Natur als Ingenieur, die Problemlösung findet, bietet sie Nutzbares, dass zuvor weder in der Natur noch in der Technik existiert hat. »Wo nichts erforscht wird, gibt es auch nichts zu übertragen.« 19 Das Erörtern und Erschließen von Unbekanntem ist eine kulturelle Uraufgabe des Menschen 20. Der Mensch ist ambivalent, weshalb es immer Gebrauch und Missbrauch von Erkenntnissen geben wird. Wenn sich Architektur als Wissenschaft verstehen will, muss die Grundlagenforschung über die Durchsetzung auf dem Markt gestellt werden.

Die Natur kreiert keine Perfektion. Sie erweckt Prozesse zum Leben, die mit der Zeit Oszillieren. Es liegt eine ständige Bewegung zugrunde, bei der Schwingungen in eine Richtung einen Ausgleich durch eine Gegenbewegung erfordern (Actio = Reactio). So schwingt der Prozess ständig um einen optimalen Punkt, was den Bereich der Perfektion erweitert, ihn beinahe überflüssig macht.

Kapitel 4

BIONIK IN DER ARCHITEKTUR

Abgeleitete Prinzipien und Methoden der Natur Die induktive und deduktive Methode sowie Analyse und Synthese zeigen, dass der Weg zur Erkenntnis nicht linear in eine Richtung verläuft. Vielmehr entsteht der in ständiger Rückkopplung aller Einzelteile mit dem Gesamtsystem. Der Biologe versucht als Designer 21 zu erkennen, wie sich ein System aus Teilstücken zusammensetzt und zwar unter Berücksichtigung des funktionellen Zusammenhangs. Analog verfährt der Architekt, wenn er all die Informationen aus der Analyse synthetisiert.

Er geht dann noch einen Schritt weiter, in dem er aus der Erkenntnis die Konstruktion entstehen lässt. In der Natur baut sich ein fertiger Entwurf zwar aus Einzelelementen auf, jedoch sind diese weder morphologisch noch funktionell abgrenzbar. Konstruktionen folgen dem Grundsatz der Multifunktionalität. Einzelne Elemente erfüllen fast nie nur eine Funktion. Zumeist werden sogar physikalische entgegengesetzte Anforderungen erfüllt. Es geht also um integrierte statt additive Konstruktion 22.

Aufgrund des Überlebensdrang müssen sich Natur und Lebewesen bis in feinste Detail mit ihrer Umwelt abstimmen. Das führt dazu, dass sie morphologisch und physiologisch perfekt an ihre Umgebung angepasst sind. Sie sind Produkt ihre Umweltbedingungen und genau für ihren Ort und ihre Lebensweise gemacht. Unter dieser Betrachtung wird nachvollziehbar, warum man mit westlicher Architektur nicht auf die Probleme in Dritte-Welt-Ländern antworten kann.

generalisierende Induktion angewendet auf architektonischen Entwurf (R = Raum, C = Charakteristik, B = Bauwerk)

Die Natur entwickelt im Versuchs-Irrtum-Prozess 23: Nach den Prinzipien mit denen die Natur konstruiert, nämlich die Evolution, lässt sich auch für den Entwurf oder die Konstruktion vorgehen. Für eine Funktion gibt es nicht nur eine mögliche morphologische Ausformung. Der Typus eines Entwurfs greift auf einen Fundus zurück. Für jedes Einzelteil des Systems stehen unterschiedliche Ausformung zu Verfügung (zum Beispiel stützen Typen, Öffnungszeiten, etc.). Bei unterschiedlichen Umwelteinflüssen kann aus demselben Fundus geschöpft werden, jedoch zeigen sich Unterschiede in 13

Kapitel 4 BIONIK IN DER ARCHITEKTUR Abgeleitete Prinzipien und Methoden der Natur

der Plastizität. Der Ort, aber auch seine Umwelt nehmen Einfluss auf die Plastizität und Gestalt eines Baus. Es ist bewiesen, dass Umwelt und Organismus in starker Interaktion stehen. Das schreibt der Vorsicht und Differenziertheit mit der gebaut werden muss eine noch größere Rolle zu. Stellt sich also die Frage ob es Zeitpunkte gibt zu denen man nicht bauen sollte, weil das Endprodukt auf falschen Wurzeln basiert. Beziehungsweise lässt sich aus dieser Betrachtungsweise schlussfolgern, dass der historische Kontext in dem der Einbau entstanden ist, unabdingbar für dessen Betrachtung ist. In der Evolution beschreibt man mit der Nischenkonstruktion einen Organismus, der sich seine Umwelt selber schafft. Als erstes Beispiel gilt hierfür der Regenwurm von Charles Darwin, der sich die Umwelt in der erlebt, selber schafft. Organismen verändern ihre Umwelt und werden damit selbst zum ursächlichen Evolutionsfaktor. Die Entstehung der damit einhergehenden neuen Mutationen (ausgelöst durch die Nische) führt zur weiteren Veränderung der Umwelt.

Energieeinsparung ist das oberste Gebot in der Natur 24: Einem Organismus steht eine begrenzte Zahl an Energie für seine Lebenszeit zur Verfügung. Die Ökonomie und Energieverteilung ist also die wichtigste Aufgabe für ihn. Für den Bau legt das nahe auf natürliche Ressourcen zurückzugreifen. Die Nutzung der Sonnenenergie auf direkte oder indirekte Weise bietet einen kostenlosen Weg zur Erzeugung von Strom und Wärme. In der Natur gibt es keinen Abfall. Es herrscht totale Rezyklierbarkeit. Bauschutt wird diesem Beispiel folgend wieder zum Baustoff. Das vorhandene Material (der Rohstoff in der Natur) an einem Ort ist bestimmend für das, was auf ihm zu entstehen versucht.

Zeitliche Limitierung statt unnötiger Haltbarkeit 25: die Natur und die Lebewesen stehen auch deshalb im Wandel der Evolution, weil sich ihre Umweltbedingungen verändern. Gleichsam gilt für uns, dass der technologische Fortschritt rasant nach vorne schnell. Ein Organismus als absolut abgeschlossen anzusehen ist unmöglich, da sich die Umwelteinflüsse weiterhin verändern werden. Wer weiß welche Baumaterialien in Zukunft zur Verfügung stehen werden? Eine Umorientierung, was die Nutzung von Gebäuden anbelangt, ist erforderlich. Statt Bauten auf Generationen auszulegen, kann durch flexible Anpassbarkeit des Baus nicht nur Material und Energie eingespart werden. Es ermöglicht auch auf neue Forschungserkenntnisse zu reagieren, da man nicht durch die Konstruktion an der alten Bauweise festhalten muss.

Selbst einfachste Systeme unterliegen in der Natur bereits komplexen Rückkopplungen. Ebenso verhält es sich mit übergeordneten zivilisatorischen System. Es ist unmöglich sie in ihrer ganzheitlichen Betrachtung zu erfassen. Genau diese großflächige, feinmaschige Vernetzung führt dazu, dass Systeme über bestimmte Zeiträume ein angenähert konstantes Verhalten aufweisen.

Die Chaostheorie: kleinste Änderungen wirken sich auf das ganze System aus (Schmetterlingseffekt). Chaotisches Verhalten schwingt sich mit der Zeit zu geordneten Mustern dann ein.

Unter Betrachtung der vorher genannten Punkte finden hier Parametric Design, Big Data und BIM ihren Platz. Parametric Design kann nicht nur verwendet werden, um die Morphologie einer Konstruktion zu bestimmen. In Verknüpfung mit BIM und Big Data bietet es auch die Möglichkeit – durch die Vernetzung aller Informationen – dem System zu erlauben auf Umwelteinflüsse zu reagieren ohne größere Schwankungen aufzuzeigen.

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Kapitel 5

ANGEWANDTE BIONIK IN DER ARCHITEKTUR

Termitenbau

Durchlüftung und Klimaregelung im Termitenbau 26 Der Bau von Termiten weist eine relativ hohe Dicke auf und somit auch eine hohe Wärmekapazität. Es ist anzunehmen, dass sich die Außenwand bereits wieder abkühlt, bevor die Hauptwärme nach innen diffundieren konnte. Der Wärmefluss kehrt sich dann wieder um, so dass eine Überhitzung des Innenraums vermieden wird. Zudem sind die Bauten der Sonne nach ausgerichtet. Die breite Seite nimmt Morgen- und Abendsonne auf. Wenn die Sonne mittags am höchsten steht, bestrahlt sie die schmale Seite.

Die Luft wird über den Keller in das Nest der Königin angesaugt, sammelt sich in der Mitte und wird über die äußeren Röhren wieder in den Keller zurückgeführt.

Während sich die Luft in den äußeren Röhren befindet kann CO2 und O2 aus- und eindiffundieren. Die Nutzung der Sonneneinstrahlung ist am günstigsten, wenn die Hügelneigung ungefähr senkrecht zum Stand der Sonne ist. Bei Wintergärten richtet man die der Sonne zugewandten Scheibe senkrecht zum Einfallswinkel der Sonnenstrahlen aus um Reflexionsverluste zu verringern.

Manche Termitenbauten weisen kaminartige Konstruktionen oben auf dem Bau auf.

Unter Sonneneinstrahlung werden diese stark erwärmt und die erhitzte Luft steigt auf.

Es entsteht ein Unterdruck, der kühlere Luft aus der Basis nach sich zieht. Die Basis kann in Kontakt mit Grundwasser stehen, welches zusätzliche kühlende Effekte mit sich bringt. Über den Tag speichern die Wände Wärme, die sie in der Nacht abgeben. Diese Systeme erlauben den Termiten auch bei hohen Temperaturschwankungen die Temperatur konstant zu halten.

(a)

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Kapitel Kapitel 5 ANGEWANDTE TITEL Untertitel BIONIK IN DER ARCHITEKTUR Termitenbau

Zirkulationsdiagramm Durchlüftungsprinzip im Termitenbau

Zirkulationsdiagramm Durchlüftungsprinzip Atriumhaus. Durch das mittig sitzende, verglaste Atrium entsteht Auftrieb 17

Kapitel 5

ANGEWANDTE BIONIK IN DER ARCHITEKTUR

Eisbärenfell

Wärmespeicherung und Wärmeleitung im Eisbärenfell 27 Wüstentiere weisen große wärmeaustauschende Flächen im Vergleich zum Volumen auf. Arktische Tiere hingegen große wärmespeichernde Schichten im Vergleich zum Volumen.

Die Haare des Eisbären besitzen einen total reflektierenden inneren Zentralzylinder. Über diesen werden UV-Strahlen in eine dunkle Schicht der Oberhaut geleitet.

Der Zentralzylinder enthält Streuzentren, die zusammen mit der äußeren Struktur des Haares wie ein Lichtleiter wirken. Zudem kann es kurzwelliges Licht in längerwelliges umwandeln. Streuung, totale Reflexion und Lumineszenz sind die Grundfunktion des Haares.

Im Verband bilden die Haare das Fell, welches luftgefüllte Zwischenräume einschließt. Es ist zwar lichtdurchlässig, jedoch wird durch die isolierende Wirkung der Lufteinschlüsse die Wärme zurückgehalten. Als transparentes Isolationsmaterial lässt sich eine Analogie zu TIM-Materialien oder TWD-Materialien erkennen. Die Strahlen der Sonne treffen auf parallel geschichtete Glasröhrchen. Unter Totalreflexionen werden die Strahlen auf eine schwarze Absorberwand weitergeleitet. Diese erwärmt sich und gibt die Wärme an den hinterliegenden Raum ab. Durch die isolierende Wirkung der Luft des Systems kann die Wärme nicht nach außen entweichen.

Lässt man die Absorberwand weg, wird das Licht tief in den Raum gestreut und die Tiefenausleuchtung verbessert. Über eine Heizperiode gewinnt eine TWD-Außenwand mehr Wärme als durch eine gleich große Normalwand entweicht. Während das Licht durch das TWD-Material geführt wird, wird es stark gebrochen und gestreut. In Kombination mit lichtleitenden Elementen können Räume tief ausgeleuchtet werden und gleichzeitig wird ein positiver Wärmeeffekt erreicht.

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Kapitel Kapitel 5 ANGEWANDTE TITEL Untertitel BIONIK IN DER ARCHITEKTUR Eisbärenfell

Lichtleitung im Eisbärenfell

Lichtleitung im einzelnen Haar

TWD-Material als Wärmeleiter

TWD-Material als Lichtleiter

TWD-Material im Detail

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Kapitel 5

ANGEWANDTE BIONIK IN DER ARCHITEKTUR

Bernoulli-Prinzip

Bernoulli-Prinzip zur Durchlüftung bei Präriehundbauten 28 Präriehunde fertigen ihre U-förmig ausgebildeten Bauten so an, dass sie das ausgehobene Material an einem der beiden Ausgänge in Form eines Vesuvkegels anhäufen. Die Stromlinien sind am Kegel enger beieinander als am anderen Eingang, wodurch eine größere Geschwindigkeit entsteht. Das führt nach Bernoulli zu einem Unterdruck an der Öffnung des Kegels, der Luft nach sich zieht. Da der Vesuvklegel drehrund ist, entsteht die Strömung unabhängig von der Windrichtung.

Bereits kleine Windgeschwindigkeiten haben große Effekte und können den Bau in wenigen Minuten durchlüften.

Das gleiche Prinzip sorgt für den Auftrieb bei Flugzeugflügeln. Die Luft, die über den Flügel strömt, weist eine höhere Geschwindigkeit auf, als die Luft unter dem Flügel.

Dadurch entsteht ein Unterdruck an der oberen Seite und der Flügel wird angehoben. Auch alte Bauten wie das Pantheon machen Gebrauch von diesem Effekt. Eine Öffnung an der höchsten Stelle der Kuppel führt dazu, dass nach dem BernoulliPrinzip Luft aus dem Inneren abgesaugt wird.

Auch bei Termitenbauten lässt sich die Nutzung von Bernoulli-Effekten finden. Nach außen offene Tunnel klimatisieren den Bau ohne dabei eine direkte Verbindung zur eigentlichen Nestregion zuzulassen. Je nach Bedingungen der Umgebung, lassen sich in der Sonne Bauten mit Kaminaufbau finden (zusätzliche Nutzung der aufsteigenden Heißluft), die im Schatten nicht gebaut werden. Die Strömungen durch Heißluft lassen Wasser, das aus der Umgebung nachdiffundiert, im Inneren verdunsten, was weitere kühlende Effekte mit sich bringt. Scharfe Kanten und viele kleine anstelle einer großen Öffnung erhöhen die Druckunterschiede. Von Holzameisen sind Mechanismen zur Vermeidung von Überhitzung bekannt. Die Höhe der Nestkuppel wird verringert, Öffnungen und interne Hohlräume vergrößert.

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Kapitel Kapitel 5 ANGEWANDTE TITEL Untertitel BIONIK IN DER ARCHITEKTUR Eisbärenfell

Bernoulli-Prinzip im Präriehundbauten

Auftrieb beim Flügel eines Flugzeugs

Durchlüftung im Pantheon

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Kapitel 5

ANGEWANDTE BIONIK IN DER ARCHITEKTUR

Baumstruktur

Hochhausbau nach dem Versorgungssystem von Bäumen 29 Durch den Terroranschlag am 11. September auf das World Trade Center fand ein Umdenken in der Bauweise von Hochhäusern statt. Nach Oligmüller sollten für ein Hochhaus folgende Konstruktionsprinzipien gelten: Berücksichtigung menschlicher Verhaltensweisen im Allgemeinen und bei Gefahr im Besonderen Größtmögliche Sicherheit Orientierung zum Tageslicht hin Visueller Kontakt zur Außenwelt und zur Umgebung Bäume bieten als natürliche Hochbaukonstruktionen einen Ansatz zur Optimierung.

Die Zellstruktur von Bäumen ist leicht, dabei aber sehr stabil. Über die Markstrahlen werden die einzelnen Jahresringe mit Nährstoffen versorgt und gleichzeitig statisch verknüpft. Für tragende Wände gilt es also hohe Belastbarkeit mit hohem Brandschutz zu verbinden. Entsprechend der Momentenkurve verjüngt sich die Unterseite der Decke zur Fassade hin, was den Materialaufwand minimiert und die Nutzung von Tageslicht optimiert. Im Treppenhaus werden Treppenläufe für den Weg nach oben und unten entgegen gerichtet, so dass sich in Gefahrensituationen Flüchtende und Retter nicht behindern. Da die Treppen in den oberen Geschossen von weniger Menschen benutzt werden, verjüngen sich die Treppenläufe nach oben. Das ermöglicht bessere Tageslichtnutzung. In einem zweiten inneren Versorgungsring werden Aufzüge und Haustechnik aufgenommen. Ausgehend vom Kern führen analog zu den Marktstrahlen des Baums die Erschließungswege zur Außenfassade hin. Da Menschen sich in Paniksituation immer dem Licht zu wenden, werden Fluchttreppen am Ende der Wege angebracht.

Zur Klimatisierung lassen sich Prinzipien der vorherig genannten Beispiele heranziehen. Über eine vorgehängte Fassade kann das Gebäude klimatisiert werden. In der Fassade befindet sich zum einen nutzbarer Außenraum. Zum anderen dient sie der Versorgung mit Frischluft, die durch Luftkanäle in Decken und Wänden in das Innere des Gebäudes geführt werden. Das Prinzip der Klimafassade ist von Oligmüller genauer erklärt. Zusätzlich trägt diese Fassade dazu bei, dass im Winter die Sonnenenergie besser gespeichert werden kann.

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Kapitel Kapitel 5 ANGEWANDTE TITEL Untertitel BIONIK IN DER ARCHITEKTUR Baumstruktur

Querschnitt Baumstamm mit Jahresringen und zentral wegführenden Markstrahlen

Hochhausquerschnitt nach Vorbild des Baums mit nach außen verlagerten Fluchttreppen 23

Kapitel 5

ANGEWANDTE BIONIK IN DER ARCHITEKTUR

Winston-Kollektor

Winston-Kollektoren zur Sammlung von Licht 30 Die Nutzung von solarer Energie muss durch mehrere Techniken parallel erfolgen.

Lässt man diese aufeinander abgestimmt zusammenarbeiten, ermöglicht das eine Optimierung der Nutzung.

Für Sammlung von Tageslicht eignen sich nicht Linsen am besten, sondern Kollektoren nach dem Winston-Prinzip. Innen verspiegelte, paraboloide Trichter müssen durch ihre Bauweise die reflektierenden Flächen nicht nach der Sonne ausrichten.

Diese Lichtleiter-Systeme lassen sich zum Beispiel auch im Eisbärenfell oder bei TWD-Materialien finden. Die südafrikanische Fensterpflanze befindet sich im Boden vergraben. Lediglich das Fenster wölbt sich über die Erdoberfläche. Durch die Kuppel wird unabhängig vom Stand der Sonne Licht gesammelt. Über die sich am Rand befindenden photosynthetischen Zellen wird das Licht in die Tiefe geleitet. Durch die Schwächung durch Reflexion und Lichtleitung erreicht das Licht die Tiefe in der richtigen Intensität für die Photosynthese. Die photosynthetisierenden Zellen profitieren zusätzlich von der Erdkühle. Die Wärme heizt die wasserhaltigen Zellen auf und wird wieder abgestrahlt.

Für die Architektur in warmen Regionen lassen sich Prinzipien heraus arbeiten. Die Versenkung von Bauten in den Boden ermöglicht die Nutzung der Erdkühle. Die Überdeckung durch einen Glaskuppel mit wärmeabsorbierendem Wasserfilter ermöglicht die Streuung von Licht bis in die Tiefe. Das ermöglicht Leben in der Tiefe und sogar die Möglichkeit auf Gärten, die von der kühle profitieren. Zusätzlich könnte auf Systeme wie die intelligente Außenhaut des Iguana zurückgegriffen werden. Dessen Außenhaut ist morgens dunkel, um mehr Wärme zu absorbieren.

Verfärbt sich dann heller mit zunehmendem Sonnenstand und Temperatur über den Tag. Ähnliche Systeme werden bereits bei selbsttönenden Brillengläsern verwendet.

Massive Adobe Strukturen bieten ein gutes Wärmespeichervermögen und verzögerte Wärmeabgabe. Auch die gezielte Nutzung von Treibhauseffekten lässt sich hier mit einbinden.

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Kapitel Kapitel 5 ANGEWANDTE TITEL Untertitel BIONIK IN DER ARCHITEKTUR Winston-Kollektor

Fensterpflanze. Am Rand befinden sich die photosynthetischen Zellen zur Lichtreflexion

Erdhaus in der Wüste. Überspannt mit einer Glaskuppel zur Lichtsammlung 25

Kapitel 6

EVOLUTION UND STADTENTWICKLUNG

Favelas, Lösssiedlungen und Evolutionstheorie

Kultur ist ein Werk der Evolution. Damit liegt Ihr eine ebenso starke Selektion zugrunde wie der Natur. Man könnte also von kultureller Selektion sprechen, die den Menschen in ein Gleichgewicht mit seiner natürlichen Umgebung gebracht hat. Evolution stellt ein Gleichgewicht da, dass über eine bestimmte Zeit verschiedene Strukturen in einen Einklang gebracht hat. In der Architektur spiegelt sich das darin wider, dass Baukörper, Mensch und Umwelt in einen harmonischen Zusammenschluss geführt werden. Alte Städte weisen meist kein geordnetes Wachstum der Stadtstrukturen auf. Die Entwicklung hat über komplexe Selbstorganisation stattgefunden.

Im Folgenden ist anhand von Favelas dieser eigendynamische Entwicklungsprozess, der sich mit der Evolution vergleichbar ist, untersucht werden.

Favelas sind Ansiedlungen, die rund um Rio de Janeiro entstanden sind. Mitte des 20. Jahrhunderts fanden die Favelas einen großen Zuwachs durch Migranten, die in der Stadt nach Arbeit suchten. Wann gewährte Ihnen Unterkünfte in den Ausläufern der Staat zu errichten. Allgemein wird das Land, auf dem die Favelas entstanden sind, als zu steil angesehen, als dass dort konventionell gebaut werden könnte.

Gegenüber der formell gebauten Stadt, der eine Planung zu Grunde liegt, werden Favelas als informell angesehen 31. Die geplante Stadt zeichnet sich durch ihren Asphalt, ihre Baufelder und Bauvorschriften aus. Dem Wachstum liegt immer ein fertiger Planungsprozess zu Grunde. In den Favelas hingegen ist es schwierig zu bestimmen, wo das eine Haus anfängt und das andere aufhört. Vielmehr gleicht die Favela einer Collage, die den klassischen Regeln einer Stadt trotzt. Es gibt kein Raster, dem gefolgt wird. Trotzdem lassen sich bei genauerer Betrachtung einzelner Orte Richtlinien erkennen. Die Zusammenkunft von Menschen, Architektur, Essen, Geschäft und Unterhaltung resultiert in einer rasanten Dynamik. Die Favela steht wie weiß gegen Schwarz, wenn man sie hier mit der rigiden planungsbasierten Stadt vergleicht.

Anhand der geschichtlichen Entwicklung von Favelas lässt sich erkennen, wie aus ursprünglich reiner Ansiedlung durch Bedarf von Obdach stabile Gemeinden entstanden sind. Dieses Resultat steht unter der nachhaltigen Entwicklung der Favelas.

Nachhaltige Entwicklung bedeutet, dass die Bedürfnisse der aktuellen Situation (Generation) konfrontiert werden, ohne dass zukünftigen Generationen die Möglichkeit genommen wird auf deren Bedürfnisse zu reagieren 32. Aus der kollektiven Identität sind Normen und Werte entstanden.

In seinem Buch „Architecture without Architects“ zeigt Bernard Rudowsky Fotografien vernakulärer Bauten und stellt sie der Architektur der ersten Welt gegenüber.

Während in den Entwicklungsländern vernakulärer Bauten ein Abbild von gemeinschaftlicher Errungenschaft sind, werden in der Architekturgeschichte der ersten Welt die Arbeiten von Individuen in den Vordergrund gerückt. Doch eben so wie in der Natur lebt das Reichtum an Vielfalt von Spontanität und Aktivität vieler Individuen, die aus gemeinschaftlicher Erfahrung schöpfen.

In Rio existiert die formelle Stadt neben den informellen Favelas. Während über die Zeit ganze Hügel der Erweiterung der Stadt weichen mussten, binden sich die Favelas in die Landschaft ein und arbeiten mit ihr. Bauliche Strategien resultieren aus den Bedingungen der Umwelt. Distrikte in der Favela ordnen sich nicht einen bestimmten Typus unter (Wohngebiet, Gewerbegebiet, Industriegebiet). Geschäfte

Kapitel 6 EVOLUTION UND STADTENTWICKLUNG Favelas und Evolutionstheorie

Favelas im Überblick (b)

Favelas aus der Nähe (c)

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Kapitel 6

poppen beispielsweise erst bei Bedarf auf. Ähnlich wie in der Natur gibt es in den Favelas bei Häusern kein Exemplar, dass dem anderen gleicht. Ein Blick von oben auf die Favelas (das System in seiner Gesamtheit) zeigt, dass sich die einzelnen Bauten einer allgemeinen Gesamtheit unterschreiben. Bei genauerer Betrachtung wird jedoch deutlich, dass keine Entität der anderen gleicht. Jedes Haus ist angepasst an die Bedürfnisse seines Erbauers.

Auch im nördlichen China rund um den „Gelben Fluss“ lassen sich vernakuläre Bauten finden, die Resultat ihrer Umwelt sind. In die Lösslandschaft sind unterirdische Bauten reingeschlagen. In dem Gebiet findet sich kontinentales Klima. Die Winter sind lang, kalt und trocken, jedoch auch sonnig. Im Sommer hingegen wird es durch Sommermonsum warm und feucht. Löss bietet hervorragenden Boden für Agrarwirtschaft. Die unterirdischen Bauten gewähren, Schutz vor Sonne im Sommer und die Speicherung von Wärme im Winter. Zusätzlich kann durch die Verlagerung des Wohnens in den Untergrund die Landschaft zum Anbau genutzt werden.

Die Evolution in der Natur verhält sich ebenso. Die Natur kommt nicht mit einer perfekten Lösung auf, sondern füllt einen Genpool mit Informationen. Wird dann konstruiert, greift sie auf diesen Genpool zurück und probiert versuchsweise aus.

Mit der Zeit setzen sich selektiv Merkmale durch. Dieses langwierige Verfahren gewährleistet eine Stabilität, wie sie sich auch entgegen aller Erwartungen in den Favelas einpendelte. Die Prinzipien der Evolution eignen sich als Methode für den Entwurf – nach dem Favela-Modell – sehr gut für eine nachhaltige Entwicklung. Es steht dabei nicht im Vordergrund direkt eine perfekte Lösung zu schaffen, sondern durch Oszillation langfristig und nachhaltig ein breites Feld für Artenvielfalt und Reichtum an Diversität zu schaffen.

Gleichgewichtsfindung durch Oszillation

Kapitel 6 EVOLUTION UND STADTENTWICKLUNG Lösssiedlungen und Osszilation

Lösssiedlung im Überblick (d)

Lösssiedlung aus der Nähe (e)

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Kapitel 7

VOM MENSCH ZUR ARCHITEKTUR UND ZURÜCK

Unter Synthese versteht man die Vereinigung zweier Elemente zu einem neuen.

Durch die Verschmelzung gelangt man von dem Einfachen zum (höheren) Komplexen. Synthese beinhaltet wie bereits zuvor genannt immer eine Analyse. Ein richtiger Zusammenschluss – im erweiterten Sinne funktionierender, nachhaltiger – ist nur möglich, wenn er nicht zu Lasten eines Teils ausfällt. Das zu gewährleisten setzt eine gründliche Analyse, ein tiefergehendes Verständnis voraus.

Die Architektur schafft den Bezug von Mensch zu Ort. In ihr muss sich also die Synthese der Analysen beider Position widerspiegeln. Begreift man den Menschen als schaffendes Wesen, dass sich bis zu seinem Sterben in ständiger Entwicklung befindet, dann muss die Architektur ihm dafür Raum schaffen. Architektur muss sechs Grundbedürfnisse stellen: Essen, Energie, sauberes Wasser, Schutz/Obdach, Müllentsorgung, Abwasserbehandlung.

Freie (demokratische) Architektur ist eine Synthese von Raumnutzer und Raum. Der Raumnutzer möchte sich einen vorgefundenen Raum aneignen. Seine Analyse muss demnach seine Wünsche und Interessen beinhalten. Der Ort liegt dem Raum zugrunde. Die Analyse des Raumes muss also beinhalten, welche Bedingungen der Ort an den Raum stellt. Letztlich resultiert der Bau dann aus der Synthese all dieser Bedingungen und Anforderungen. Dabei gilt es immer wieder zu überprüfen, ob die einzelnen Erkenntnisse aus der Analyse widerspruchsfrei unter dem Bau vereinbar sind. Der gesamte Bau ist eine Synthese aller Räume. Will man ihn erschaffen, so ergibt sich sein Wesen (Design) aus der Induktion aller Räume und der Vergleich mit Analogien dieser. Nach der Methode der generalisierenden Induktion stehen demnach alle Räume des Baus in ständiger Rückkopplung untereinander und mit ihrer ganzheitlichen Betrachtung (vergleiche Diagramm „generalisierende Induktion angewendet auf architektonischen Entwurf“) Natürliche Strukturen stehen ständig in Korrespondenz mit ihrer Umwelt und können niemals als fertiges Produkt angesehen werden. Selbst Lebewesen wie Tiere sind kein Produkt, das aus einer fertigen Planung heraus entstanden ist. Ihrer phänotypischen Ausformung liegen evolutive Prozesse zugrunde, die im Versuchs-Irrtum Verfahren zu dem geführt haben, was sie heute abbilden. Planstädte lassen erkennen, dass ihre Strukturen auf lange Sicht von eigendynamischen Prozessen unterbrochen werden. Diese kommen auf, weil die Umwelt immer in Dynamik steht. Es ist nicht möglich vorauszusagen, auf welche Eindrücke ein System in Zukunft reagieren muss. Demnach kann der Planstadt auch nie eine Nachhaltigkeit zugeschrieben werden. Ebenso verhält es sich mit westlichen Lösungen für nicht-westliche Probleme.

Hungersnot oder Obdachlosigkeit resultieren aus Entwicklungen, die dort vor Ort stattgefunden haben. Lösungsansätze lassen sich also auch nur unter Einbezug der örtlichen Entwicklungsprozesse finden. Absolutistische öffentliche Bauten stülpen einer Kultur ein Gewand über, das lediglich die Interessen von einzelnen Personen widerspiegelt, jedoch vermeint im Geiste der gesamten Bevölkerung zu stehen.

Bauten, die der Öffentlichkeit dienen und ihr gerecht werden wollen, dürfen nicht vorschreiben, wie der Mensch sich in ihnen zu verhalten hat. Einzig und allein durch die Rohheit schaffen sie den Raum, der es Menschen unterschiedlichster Art all ihre Eigenschaften mitzunehmen. Nur dann ermöglichen sie einen freien, demokratischen Austausch und dieser ungehemmte Austausch ist der wichtigste. Denn wie sich in der Natur erkennen lässt: Die freie, ungehemmte Interaktion mit der Umwelt führt zu einem Reichtum an Vielfalt.

Kapitel 8

BIONIK – SELBSTEINSCHÄTZUNG UND POTENZIAL

In der Zukunft gilt es für die Menschheit große Aufgaben zu bewältigen. Zum einen muss sich dem Klimawandel und seinen Folgen gestellt werden. Zum anderen muss es eine Lösung für die aufkommende Überbevölkerung der Erde geben. Der Bausektor spielt dabei eine große Rolle, da er für einen großen Teil der weltweiten Emissionen verantwortlich ist. Alleine in Deutschland verursachte das Baugewerbe im Jahr 2017 Emissionen in Höhe von rund 4,3 Millionen Tonnen CO2 33. Die Bauwerke können durch ihre Architektur starke Auswirkungen auf den Nutzer erzielen.

Die neue Baukultur, angefacht durch die Ideen des Funktionalismus, versucht eine Vergangenheit und Tradition durch Reduktion zu negieren. Mittlerweile hat man begonnen großindustrielle Strukturen kritisch zu betrachten und das ungebremste wirtschaftliche Voranschreiten steht nicht mehr unter dem Schein einer goldenen Entwicklung. Die Schere zwischen arm und reich geht immer weiter auf. Während die großen Industrienationen von der Globalisierung profitieren, haben Entwicklungsländer immer mehr damit zu kämpfen einen angemessenen Lebensstandard aufzubauen. Doch der größte Gegner, ein Gegner dem sich die gesamte Menschheit stellen muss, ist der Klimawandel. Völker werden beginnen zu wandern, wenn es ihnen nicht mehr möglich ist in ihrem Lebensraum zu bestehen.

Betrachtet man den Mensch als alleinstehendes Lebewesen losgelöst von seinen gesellschaftlichen Strukturen, findet man einen perfekt angepassten Organismus vor. Die ersten sesshaften Völker haben über viele Generationen hinweg Bauweisen perfektioniert, angepasst an ihre Bedürfnisse hervorgehend aus ihrer Umgebung.

Dem Eskimo stand vorwiegend Eis zur Verfügung, also baute er Iglus. In Ostasien entwickelte sich aus dem schnellwachsenden und zahlreich vorkommenden Bambus eine Baukultur, der mittlerweile eine einzigartige Konstruktionsbibel zugrunde gelegt werden kann. Aber nicht nur Rohstoffe schafften Baukulturen. Auch klimatische Bedingungen führten dazu, dass massive Lehmbauten errichtet wurden. In der Hitze der Sonne bieten diese Kühle. Hat sich der Lehm dann über den Tag hinweg erwärmt, spendet er den Bewohnern Wärme für die Nacht. In Bayern und im Südwesten Deutschlands entstanden Pfahlbauten. Auch wenn nicht bestätigt ist, was die Menschen dazu brachte ganze Dörfer in der Pfahlbauweise zu errichten, so lässt sich doch erkennen, dass sie unmittelbares Resultat ihre Umwelt sind.

Tradition bedeutet nicht, dass man den aufstrebenden Künstler in seinem Machen unterdrückt. Vielmehr ist Tradition der Lieferant einer unerreichbaren Erbschaft, die Maßstäbe setzt um die Entwicklung neuer Ideen nachhaltig und integrativ zu machen 34. Sich den Errungenschaften der Vergangenheit zu verwehren hieße gleichsam die individuelle Erkenntnis gegen die Erkenntnisse zu stellen, die über Generationen weitergereicht wurden. Betrachtet man die Natur als Ingenieur, findet man eine schier unendliche Anzahl an perfektionierten Systemen. Möglich ist das jedoch nur, weil sie einem ständigen Lernprozess unterliegt. Es lassen sich kaum wahrnehmbare Schwankungen vernehmen, da sämtliche Entitäten aus der Erkenntnissen einer Quelle stammen, die mehrere Milliarden Jahre zurückliegt.

Wie sich in dieser Erläuterung über die bionische Arbeitsweise erkennen ließ, versucht die Bionik sich genau diese Erkenntnisse nicht-menschlicher Tradition – also die Produkte der Evolution – zunutze zu machen. Genauso wie der Mensch von dem Wissen seiner Vorgänger profitieren kann, kann er auch von dem Wissen der Natur profitieren. Die Natur lehrt als ihre wichtigsten Grundprinzipien für eine nachhaltige 31

Kapitel 8 BIONIK – SELBSTEINSCHÄTZUNG UND POTENZIAL

Beständigkeit den Kreislauf, Energieeinsparung /-optimierung, Flächeneinsparung /-optimierung und regionale Anpassung 35. Will der Mensch auf die oben genannte Probleme reagieren, muss er zunächst verstehen, wo diese überhaupt herkommen.

Aus dieser Erkenntnis wird es ihm möglich eine Fragestellung zu formulieren und sich auf die Suche nach Antworten zu begeben. Genau hier kommt die Bionik zum Einsatz. Sie erweitert den Fundus zur Problemlösung um ein vielfaches. Bionik lehrt dabei aber nicht nur, wie man sich Ideen aus der Natur holen kann. Es ermöglicht einem auch zu verstehen, warum die Natur so perfekt, harmonisch funktioniert. Den Problemen der industrialisierten und globalen Welt entgegenzutreten, bedeutet also nicht eine neue Ethik zu erfinden, sondern eine neue Moral anzunehmen. Da uns die Natur letzten Endes einschränken wird, wenn zum Beispiel der Klimawandel erste große Auswirkungen zeigt oder Hungersnöte auftreten, sollte die Technik und der Fortschritt nicht versuchen gegen sie zu arbeiten. Die Bionik als Zugang zur Natur zeigt, dass Technik von der Natur profitieren kann und durch ihre Unterstützung neue Entwicklungen möglich sind, die es zuvor nicht gegeben hat.

Es gilt ein Gleichgewicht zwischen Natur und menschlichem Dasein zu schaffen.

Nicht striktes Befolgen, sondern Entwicklung ausgehend von Erkenntnis führen zu einer freien und gerechten Existenz.

Aus Form Follows Function wird Form Develops Funktion

Kapitel 9

QUELLEN UND BILDNACHWEIS

Quellen Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.137, 8.2 2 Baubionik - Nachtigall S.170, 3.1.2 3 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.173, 9.3.1 4 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.15, 2.1 5 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.23, 3.1.1 6 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.27, 3.2.2 7 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.33, 4.1.1 8 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.34, 4.1.2 9 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.43, 4.8.1 10 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.41, 4.7.1 11 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.45, 4.9 12 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.47, 4.9.4 13 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.122, 7.2.1 14 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.40, 4.6 15 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.98, 6.2.4.2 16 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.100, 6.2.4.4 17 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.155-158, 9.2.3 - 9.2.4.1 18 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.135, 8.1 19 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.198 20 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.157 21 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.70, 5.2.1.2 22 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.172 23 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.173 24 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.173 25 Bionik als Wissenschaft - Nachtigall S.173 26 Baubionik - Nachtigall S.43, 1.4 27 Baubionik - Nachtigall S.35, 1.3 28 Baubionik - Nachtigall S.67, 1.7 29 Baubionik - Nachtigall S.162, 2.12 30 Baubionik - Nachtigall S.107, 1.10.3 31 Favela Typology - Carly de la Hoz S.11 32 Favela Typology - Carly de la Hoz S.3 33 de.statista.com/statistik/daten/studie/476879/umfrage/ treibhausgasemissionen-des-deutschen-bauhauptgewerbes/ 34 Baubionik - Nachtigall S.174, Postulate zur Bauökologie von Bernd Lötsch 35 Baubionik - Nachtigall S. 175, 3.2.2 Bildnachweis a https://www.energieheld.de/blog/wp-content/uploads/2015/06/waermeverluste-eines-hauses.jpg b https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7e/1_rocinha_ favela_closeup.JPG/2560px-1_rocinha_favela_closeup.JPG c https://i.pinimg.com/originals/48/84/47/488447370e84e7089fefecd 62f434848.jpg d Architecture without architects - Rudwosky S. 17 e Architecture without architects - Rudwosky S. 18 1

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