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Überblick

Das Wichtigste in Kürze

  • Wissenschaftler suchen seit einiger Zeit systematisch nach Erfindungen der Natur, die Techniker anschließend in neue Antriebe, mikroskopisch kleine Ventile oder leichte und trotzdem robuste Werkstoffe verwandeln sollen.
  • Oft sind die Vorbilder aber nur schwer nachzubauen. Bloßes Kopieren reicht in der Regel nicht aus. Denn natürliche Vorbilder wie Knochen, Äste oder Muskeln haben nicht nur eine Funktion, sondern müssen verschiedene Aufgaben erfüllen.
  • Forscher untersuchen deshalb, welche Aufgaben das biologische Gewebe am Besten erledigt und welche sozusagen nur nebenbei bewältigt werden. Und sie fahnden nach den zugrunde liegenden Funktionsprinzipien, die Ingenieure dann so abwandeln, dass die technische Lösung ihren Zweck erfüllt.
  • Mittlerweile sind die Wissenschaftler dabei der Arbeitsweise von Holzzellen, die beispielsweise das Aufrichten von Ästen bewirken, auf die Spur gekommen. Sie haben aber auch herausgefunden, wie sich Körner des wilden Weizens in die Erde bohren.
  • Hinter den muskelähnlichen Holzzellen und beweglichen Weizengrannen steckt das gleiche Prinzip: Die Zellen bestehen aus einer steifen, unflexiblen Komponente, die in ein elastisches Gel eingebettet ist. Beide Komponenten sind fest miteinander verbunden.
  • Wenn das Gel trocknet und schrumpft, entsteht Spannung in dem Verbund wie in einem Netzwerk aus Gummifäden, wenn sich diese zusammenziehen. Diese Spannung speichert Energie und kann deshalb Arbeit verrichten.
  • Techniker haben auf dieser Basis ein aktives Material – eine Art künstlichen Muskel – entwickelt und dabei von der Natur nur das Prinzip übernommen: eine steife und eine weiche Komponente, die fest miteinander verbunden sind.
  • Als steifen Teil wählten sie Siliziumstäbchen, die tausendmal dünner sind als ein menschliches Haar. Die flexible Komponente dagegen besteht aus einem Knäuel von Kunststofffasern, die Wasser aufnehmen können. Eine Änderung der Luftfeuchtigkeit setzt den „Muskel“ dann in Bewegung.
  • Forscher wollen nun auch eine ganz andere Fähigkeit der Holzzellen nutzen, die für den Bau von Flugzeugen oder Fahrrädern nützlich sein könnte: Die Strapazierfähigkeit.
  • Sie entwickeln einen neuen Faserverbundwerkstoff nach dem Vorbild der Natur, der zäher und bruchfester sein soll als bisherige Materialien dieser Art und Schwingungen wie sie beispielsweise bei einem Flugzeug auftreten selbstständig unterdrückt.
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Stand: 07.12.2007

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Bäume zeigen Muskeln
Die Natur als Vorbild für neue Materialien

Überblick
Das Wichtigste in Kürze

Holzzellen als „Muskelersatz“
Auf der Suche nach Erfindungen der Natur

Wasser gibt Holzmuskeln Kraft
Funktionsprinzip der Holzzellen auf der Spur

Strampeln im Rhythmus von Tag und Nacht
Luftfeuchtigkeit als Hilfsmittel

Wie Schilfhalme im Wasser
Forscher entwickeln aktive Materialien

Strapazierfähiges Dickicht
Wie neue Faserverbundwerkstoffe Schwingungen unterdrücken sollen

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