Von der Natur inspirierte Erfindungen

Die Wissenschaft der Biomimetik befindet sich derzeit in einem frühen Entwicklungsstadium. Biomimetik ist das Suchen und Entlehnen verschiedener Ideen aus der Natur und deren Nutzung zur Lösung der Probleme der Menschheit. Originalität, Ungewöhnlichkeit, tadellose Genauigkeit und Ressourcenschonung, in der die Natur ihre Probleme löst, können einfach nur Freude bereiten und den Wunsch wecken, diese erstaunlichen Prozesse, Substanzen und Strukturen bis zu einem gewissen Grad zu kopieren. Der Begriff Biomimetik wurde 1958 vom amerikanischen Wissenschaftler Jack E. Steele geprägt. Und das Wort „Bionik“ wurde in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts allgemein verwendet, als die Serien „The Six Million Dollar Man“ und „The Biotic Woman“ im Fernsehen erschienen. Tim McGee warnt, dass Biometrie nicht direkt mit bioinspirierter Modellierung verwechselt werden sollte, da bioinspirierte Modellierung im Gegensatz zur Biomimetik nicht den sparsamen Umgang mit Ressourcen betont. Nachfolgend sind Beispiele für die Errungenschaften der Bionik aufgeführt, bei denen diese Unterschiede am ausgeprägtesten sind. Bei der Herstellung polymerer biomedizinischer Materialien wurde das Funktionsprinzip der Holothurian-Schale (Seegurke) verwendet. Seegurken haben eine einzigartige Eigenschaft – sie können die Härte des Kollagens verändern, das die äußere Hülle ihres Körpers bildet. Wenn die Seegurke Gefahr wittert, verstärkt sie immer wieder die Steifigkeit ihrer Haut, als würde sie von einer Muschel zerrissen. Umgekehrt, wenn er sich in einen schmalen Spalt quetschen muss, kann er zwischen den Elementen seiner Haut so schwach werden, dass sie praktisch zu einem flüssigen Gelee wird. Einer Gruppe von Wissenschaftlern von Case Western Reserve ist es gelungen, ein Material auf Basis von Zellulosefasern mit ähnlichen Eigenschaften herzustellen: In Gegenwart von Wasser wird dieses Material plastisch, und wenn es verdunstet, verfestigt es sich wieder. Wissenschaftler glauben, dass sich solches Material am besten für die Herstellung von intrazerebralen Elektroden eignet, die insbesondere bei der Parkinson-Krankheit verwendet werden. Wenn Elektroden aus einem solchen Material in das Gehirn implantiert werden, werden sie plastisch und beschädigen das Gehirngewebe nicht. Das US-amerikanische Verpackungsunternehmen Ecovative Design hat eine Gruppe erneuerbarer und biologisch abbaubarer Materialien geschaffen, die für Wärmedämmung, Verpackungen, Möbel und Computergehäuse verwendet werden können. McGee hat sogar schon ein Spielzeug aus diesem Material. Zur Herstellung dieser Materialien werden die Schalen von Reis, Buchweizen und Baumwolle verwendet, auf denen der Pilz Pleurotus ostreatus (Austernpilz) gezüchtet wird. Eine Mischung aus Austernpilzzellen und Wasserstoffperoxid wird in spezielle Formen gegeben und im Dunkeln aufbewahrt, damit das Produkt unter dem Einfluss von Pilzmyzel aushärtet. Das Produkt wird dann getrocknet, um das Wachstum des Pilzes zu stoppen und Allergien während der Verwendung des Produkts zu verhindern. Angela Belcher und ihr Team haben eine Novub-Batterie entwickelt, die einen modifizierten M13-Bakteriophagenvirus verwendet. Es ist in der Lage, sich an anorganische Materialien wie Gold und Kobaltoxid anzulagern. Als Ergebnis der Virus-Selbstorganisation können ziemlich lange Nanodrähte erhalten werden. Bletchers Gruppe gelang es, viele dieser Nanodrähte zusammenzusetzen, was zur Grundlage einer sehr leistungsstarken und äußerst kompakten Batterie führte. Im Jahr 2009 demonstrierten Wissenschaftler die Möglichkeit, ein gentechnisch verändertes Virus zur Herstellung der Anode und Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie zu verwenden. Australien hat das neueste Biolytix-Abwasserbehandlungssystem entwickelt. Dieses Filtersystem kann Abwasser und Lebensmittelabfälle sehr schnell in hochwertiges Wasser verwandeln, das für die Bewässerung verwendet werden kann. Im Biolytix-System erledigen Würmer und Bodenorganismen die ganze Arbeit. Die Verwendung des Biolytix-Systems reduziert den Energieverbrauch um fast 90 % und arbeitet fast 10-mal effizienter als herkömmliche Reinigungssysteme. Der junge australische Architekt Thomas Herzig sieht riesige Möglichkeiten für aufblasbare Architektur. Seiner Meinung nach sind aufblasbare Strukturen aufgrund ihrer Leichtigkeit und ihres minimalen Materialverbrauchs viel effizienter als herkömmliche. Der Grund liegt darin, dass die Zugkraft nur auf die flexible Membran wirkt, während der Druckkraft ein anderes elastisches Medium entgegenwirkt – die Luft, die überall und völlig frei vorhanden ist. Dank diesem Effekt nutzt die Natur seit Jahrmillionen ähnliche Strukturen: Jedes Lebewesen besteht aus Zellen. Die Idee, architektonische Strukturen aus Pneumocell-Modulen aus PVC zusammenzusetzen, basiert auf den Prinzipien des Baus biologischer Zellstrukturen. Die von Thomas Herzog patentierten Zellen sind äußerst kostengünstig und ermöglichen eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Kombinationen. In diesem Fall führt die Beschädigung einer oder sogar mehrerer Pneumozellen nicht zur Zerstörung der gesamten Struktur. Das von der Calera Corporation verwendete Funktionsprinzip ahmt weitgehend die Herstellung von natürlichem Zement nach, den Korallen während ihres Lebens verwenden, um Kalzium und Magnesium aus Meerwasser zu extrahieren, um Karbonate bei normalen Temperaturen und Drücken zu synthetisieren. Und bei der Herstellung von Calera-Zement wird Kohlendioxid zunächst in Kohlensäure umgewandelt, aus der dann Karbonate gewonnen werden. McGee sagt, dass bei dieser Methode zur Herstellung einer Tonne Zement etwa die gleiche Menge Kohlendioxid gebunden werden muss. Die Herstellung von Zement auf herkömmliche Weise führt zu einer Kohlendioxidbelastung, aber diese revolutionäre Technologie entzieht der Umwelt im Gegenteil Kohlendioxid. Das amerikanische Unternehmen Novomer, das neue umweltfreundliche Kunststoffe entwickelt, hat eine Technologie zur Herstellung von Kunststoffen entwickelt, bei der Kohlendioxid und Kohlenmonoxid als Hauptrohstoffe verwendet werden. McGee betont den Wert dieser Technologie, da die Freisetzung von Treibhausgasen und anderen giftigen Gasen in die Atmosphäre eines der Hauptprobleme der modernen Welt ist. In der Kunststofftechnologie von Novomer können die neuen Polymere und Kunststoffe bis zu 50 % Kohlendioxid und Kohlenmonoxid enthalten, und die Herstellung dieser Materialien erfordert deutlich weniger Energie. Eine solche Produktion trägt dazu bei, eine erhebliche Menge an Treibhausgasen zu binden, und diese Materialien selbst werden biologisch abbaubar. Sobald ein Insekt das Fangblatt einer fleischfressenden Venusfliegenfallenpflanze berührt, beginnt sich die Form des Blattes sofort zu verändern und das Insekt findet sich in einer Todesfalle wieder. Alfred Crosby und seinen Kollegen von der Amherst University (Massachusetts) ist es gelungen, ein Polymermaterial herzustellen, das in der Lage ist, auf kleinste Änderungen von Druck, Temperatur oder unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms ähnlich zu reagieren. Die Oberfläche dieses Materials ist mit mikroskopisch kleinen, luftgefüllten Linsen bedeckt, die ihre Krümmung (konvex oder konkav) bei Druck-, Temperatur- oder Stromeinfluss sehr schnell ändern können. Die Größe dieser Mikrolinsen variiert von 50 µm bis 500 µm. Je kleiner die Linsen selbst und der Abstand zwischen ihnen sind, desto schneller reagiert das Material auf äußere Veränderungen. Laut McGee ist das Besondere an diesem Material, dass es an der Schnittstelle von Mikro- und Nanotechnologie entsteht. Miesmuscheln können sich, wie viele andere Muscheln auch, mit Hilfe spezieller, strapazierfähiger Proteinfäden – dem sogenannten Byssus – fest an einer Vielzahl von Oberflächen anheften. Die äußere Schutzschicht der Byssaldrüse ist ein vielseitiges, extrem strapazierfähiges und gleichzeitig unglaublich elastisches Material. Professor für Organische Chemie Herbert Waite von der University of California forscht seit sehr langer Zeit an Muscheln und es ist ihm gelungen, ein Material nachzubilden, dessen Struktur dem von Muscheln produzierten Material sehr ähnlich ist. McGee sagt, dass Herbert Waite ein völlig neues Forschungsgebiet eröffnet hat und dass seine Arbeit bereits einer anderen Gruppe von Wissenschaftlern geholfen hat, die PureBond-Technologie zur Behandlung von Holzplattenoberflächen ohne die Verwendung von Formaldehyd und anderen hochgiftigen Substanzen zu entwickeln. Haifischhaut hat eine völlig einzigartige Eigenschaft – Bakterien vermehren sich nicht darauf und gleichzeitig ist sie nicht mit einem bakteriziden Gleitmittel bedeckt. Mit anderen Worten, die Haut tötet keine Bakterien ab, sie existieren einfach nicht auf ihr. Das Geheimnis liegt in einem besonderen Muster, das von kleinsten Schuppen der Haifischhaut gebildet wird. Diese Schuppen verbinden sich miteinander und bilden ein spezielles rautenförmiges Muster. Dieses Muster wird auf der antibakteriellen Schutzfolie Sharklet reproduziert. McGee glaubt, dass die Anwendung dieser Technologie wirklich grenzenlos ist. Tatsächlich kann die Anwendung einer solchen Textur, die es Bakterien nicht erlaubt, sich auf der Oberfläche von Gegenständen in Krankenhäusern und öffentlichen Plätzen zu vermehren, Bakterien um 80 % beseitigen. In diesem Fall werden Bakterien nicht zerstört und können daher keine Resistenzen entwickeln, wie dies bei Antibiotika der Fall ist. Die Sharklet-Technologie ist die weltweit erste Technologie, die das Bakterienwachstum ohne den Einsatz toxischer Substanzen hemmt. laut bigpicture.ru