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Das Rad neu erfunden

Analogien von Natur und Technik

Aber auch unabhängig voneinander haben Natur und Ingenieure oft täuschend ähnliche Strukturen entwickelt. Diese Analogien beruhen darauf, dass, wie in der Natur selbst auch, bestimmte Probleme unter gleichen oder ähnlichen Voraussetzungen gelöst werden müssen.

In der Natur haben Jahrmillionen der Evolution dafür gesorgt, dass nur solche Konstruktionen und Methoden überlebten, die mit einem Minimum an Energie und Material auskommen. Organismen, die möglichst effektive Methoden der Nahrungsgewinnung, Fortpflanzung oder Fortbewegung entwickelten, hatten einen Vorteil gegenüber der weniger effektiv „wirtschaftenden“ Konkurrenz und setzten sich langfristig durch.

Nicht viel anders ist der Prozess in der Technik: Erfindungen und Entwicklungen werden in der Regel nur dann von der Industrie oder dem freien Markt angenommen, wenn sie mit möglichst wenig Kosten für Energie, Produktion oder Material verbunden sind. Dies führte dazu, dass Architekten und Ingenieure häufig die energie- oder materialsparenden Konstruktionsprinzipien der Natur reproduzierten, ohne sich dessen bewusst zu sein – sie erfanden das Rad neu.

Münchener Olympiastadion © Contiki

Eines der bekanntesten Beispiele ist das 1972 vom Architekten Frei Otto erbaute Dach des Münchener Olympiastadions. Die Glas- und Stahlkonstruktion des Daches ist frei an Masten aufgehängt, die unterschiedliche Krümmung der Dachfläche verleiht ihm trotz der leicht und luftig wirkenden Form große Festigkeit. Erst später stellten die Ingenieure fest, dass die Natur bereits eine ganz ähnliche Konstruktion hervorgebracht hatte – das zwischen Gräsern aufgehängte Netz der Zitterspinnen. Wie beim Dach des Stadions müssen die dünnen Fäden des Netzes nur Zugbelastungen standhalten, die Druckbelastungen übernehmen die „Masten“ der Grashalme.

Brücke über den Firth of Forth © New Mexico Tech

Auch bei anderen Leichtbauweisen scheinen die Architekten Anschauungsunterricht bei der Natur genommen zu haben. Viele ältere Eisenbahnbrücken, wie die Brücke über den schottischen Firth of Forth, wurden in Stahlbauweise konstruiert. Statt massiven Steins tragen hier verstrebte Eisenträger das Gewicht. Verblüffenderweise gleicht diese Art der Verstrebung dabei bis in die Details den Versteifungen im Inneren von vielen hohlen Vogelknochen, darunter vor allem den Becken der Laufvögel. Beide, Brücke und Becken sind darauf ausgerichtet, hohen Belastungen mit minimalem Materialaufwand standzuhalten – daher auch die Analogie die Form.

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Solche Konvergenzen zur Natur finden sich aber nicht nur in der Architektur sondern auch in nahezu jedem Haushalt: So sind die ringförmigen Rippen des Staubsaugerschlauchs kein Zufall. Sie haben die Aufgabe, den Schlauch auch dann noch offen zu halten, wenn er stark gebogen wird. Ein normaler Schlauch ohne Rippen knickt in einem solchen Fall leicht ab und verschließt damit die Öffnung im Inneren. Nach dem gleichen Prinzip sind in der Natur auch die Tracheen der Insekten oder die Wasserleitungsbahnen im Holz stabilisiert.

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Stand: 21.03.2002

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Bionik
Lernen von der Natur

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Die Natur als Ingenieur
Was ist Bionik?

Inspiration statt Imitation
Warum Ikarus scheitern musste

Das Rad neu erfunden
Analogien von Natur und Technik

Den Vögeln abgeschaut
Die ersten Flugversuche

Modell Vogelflügel
Auf der Suche nach neuen Flügelkonstruktionen

Stabilität in Leichtbauweise
Architektur aus der Natur

Grashalme zu Hochhäusern?
Waben, Algen und doppelte Wände

Mit Haken und Ösen
Naturpatent Klettverschluss

Rillen gegen Reibung
Haifischhaut hilft Sprit sparen

Sauberkeit dank Lotus-Effekt
Mikrostrukturen auf dem Vormarsch

Denken lernen von der Natur
Heuschreckenbeine, neuronale Netze und virtuelle Evolution

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