* Kurzwort aus Biologie und Technik mit dem Ziel, die belebte Natur auf Grund ihrer im Laufe der Evolution erfolgten "technischen" Umwelt-Anpassung und Verbesserung der Überlebensstrategien im Hinblick auf technische Verwertbarkeit zu untersuchen, zumindest als Anregung für technisch Nutzung zu nehmen.

(c) wissenmedia GmbH, 2010 führt aus:

- Die Strukturbionik untersucht den strukturellen Aufbau,

- die Konstruktionsbionik die Funktionsweise der unterschiedlichen Organe von Lebewesen.

- Die Baubionik erforscht die Übertragbarkeit natürlicher Baumaterialien und Baukonstruktionen auf die Architektur. -

- Die Sensorbionik untersucht die Mechanismen zur Aufnahme, Leitung, Speicherung und Verarbeitung von Information,

- die Neurobionik befasst sich mit der Funktion der Neuronen und des Nervensystems, um Erfahrungen für die Entwicklung und den Bau von elektronischen Informationssystemen zu gewinnen.

Weitere Teildisziplinen sind Klima- und Energiebionik, Bewegungsbionik, Gerätebionik, Anthropobionik, Verfahrensbionik und Evolutionsbionik.

Beispiele bionischer Forschung sind u. a. der Lotuseffekt (>hier<), Nachahmung widerstandsarmer Fisch- und Pinguinrümpfe z. B. in der Luftfahrt, Flügelklappen nach Vogelvorbild, Überdachungskonstruktionen nach dem Bauprinzip der Schneckenhäuser, Schwingflossenvortrieb nach Art der Fischflosse, Bilderkennung nach Art des Insektenauges (Insekten sollen sogar menschliche Gesichter erkennen können) und technische Laufapparate nach dem Vorbild laufender Tiere.

>Hier< zu einigen weiteren Beispielen aus dem Gebiet der Bionik

Aus (bzw. stark angelehnt an) http://www.3sat.de/page/?source=/delta/107434/index.html :

Prof. Dr. Antonia Kesel, "Internationaler Studiengang Bionik (ISB)", Hochschule Bremen, BIOKON e.V.

Frau Kesel ist Biologin und Bionikerin und lehrte nach ihrem Studium der Biologie an der Universität des Saarlandes. 1997 kam sie an die Hochschule der Künste zu Berlin, an der sie in einem Bionik-Design-Projekt mitwirkte. Inzwischen leitet sie das Bionik-Innovationszentrum und den Internationalen Studiengang Bionik (ISB) an der Hochschule Bremen. Zu ihren Forschungsschwerpunkten gehören die Biomechanik, die sich mit Materialeigenschaften, Strukturstabilität und Aerodynamik des Insektenflügels sowie Strukturstabilität pflanzlicher Achsensysteme in Abhängigkeit von der Materialkonfiguration beschäftigt, im Rahmen der "Bionik".

Frau Kesel ist Vorstandsmitglied im 2009 gegründeten Dachverband BIOKOLA international, der derzeit als ein Vorhaben zum Netzwerkaufbau vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird.

Prof. Kesel referierte auch im Juni 2010 in Bonn >hier<, wobei sie folgenden Kreislauf aufzeigte:

Problem ─►Abstraktion ─►Suchfeld! Biologie ─►Analyse ─►Prinzip-Verständnis ─►Lösung: Idee ─►technische Umsetzung ─►Prototyp ─►industrielle Produktion ─►Markteinführung ─►Marktakzeptanz ─►zurück zum Problem

Beispiel: Lotus-Effekt >hier<

Etwa 20 Millionen Spezies sind analysierbar.

Prof. Dr. Jürg Stöcklin
Botanisches Institut der Universität Basel.

Der Botaniker, Evolutionsbiologe und Populationsökologe Jürg Stöcklin ist (u.a.) Verfasser der Studie "Moderne Konzepte in der Biologie zum Wesen von Pflanzen und ihrer Unterscheidung von Tieren". Darin spricht er sich für eine neue Taxonomie [griechisch: táxis = (An)ordnung, Klassifikationssystematik] der Lebewesen aus und fordert eine kritische Neudefinition der Intelligenz von Pflanzen und der sich daraus ergebenden Postulate für ihre Stellung im belebten Raum.

Mehr Informationen >hier< aus seiner .pdf-Datei.

Dr. Andreas Weber
Philosoph und Autor, Berlin-Institut für Bevölkerung und Entwicklung

Andreas Weber studierte Biologie und Philosophie in Berlin, Freiburg, Hamburg und Paris. Heute ist er als freier Autor, Journalist und Redakteur tätig, und schreibt regelmäßig Beiträge für Magazine und Zeitungen, darunter zum Beispiel GEO. Weber ist der Autor des Buches "Alles fühlt", in dem er Empfindungen und Werte als Basis aller Lebensprozesse beschreibt und die Anerkennung dieser Tatsache als Voraussetzung für eine globalökologische Ethik fordert.

Am Mittwoch, 16. Juni 2010, fand im Kunstmuseum der "Bundesstadt" Bonn eine Veranstaltung der Leibnitz-Gemeinschaft - Geisteswissenschaften im Dialog (DGIA) - statt über das Thema "Forschen im Einklang mit der Natur? Chancen und Risiken der Bionik".

Statements und Positionen (Behauptungen, öffentliche Erklärungen und Stellungen, d.h. Stand der Dinge):

"Artenvielfalt und technische Innovation*"

* eigentlich nur Erneuerung, Umgestaltung; wird aber heute als Neuerung, Erfindung und Fortschritt gebraucht. (Wir lieben die Amerikanismen! Laptop = auf Schoß ist ein tragbarer "Computer"...)

von

Prof. Dr. Wilhelm Barthlott (links im Bild als Redner),
geboren 1946, seit 2003 Geschäftsführender Direktor des von ihm gegründeten Nees-Instituts für Biodiversität der Pflanzen und gleichzeitig Direktor der Botanischen Gärten der Universität Bonn und auch Leiter der Forschungsstelle „Biodiversität im Wandel", einem Vorhaben der Akademie der Wissenschaften und der Literatur zu Mainz und des Landes Nordrhein-Westfalen. Als erster Botaniker setzte er die Raster-Elektronenmikroskopie in seinen Forschungen ein und entdeckte 1975 damit den Selbstreinigungs-Effekt von pflanzlichen Oberflächen, der unter dem Markennamen „Lotus-Effekt" ab 1998 technisch umgesetzt wurde, eine Bezeichnung für Wasser und Schmutz abweisende Eigenschaft fein genoppter Oberflächen.  Zeigt sich besonders deutlich an den sich selbstreinigenden Blättern der Indischen Lotosblume (Nelumbo nucifera), auf deren mikro- und nanostrukturierten Blättern Schmutzpartikel nicht anhaften und mit Regentropfen abrollen. "Die Lotusblume ist das Symbol der Reinheit in asiatischen Religionen, weil sich ihre Blätter vollkommen sauber aus dem Schlamm der Gewässer erheben. Die Blattoberfläche ist nicht glatt, sondern strukturiert und das in zweifacher Weise. Sie besitzt kleine papillöse (Warze in der Medizin) Erhebungen auf der Oberfläche, die wiederum mit einer Schicht extrem feiner Wachskristalle überzogen ist. Die erstaunlichen Eigenschaften der Lotuspflanze sind eine Folge dieser Strukturen und der wasserabweisenden Chemie der Wachskristalle. Die Entwicklung und Übertragung des Lotus-Effektes führte bereits zu einer Vielfalt technischer Produkte, wie etwa Fassadenfarben für Häuser, Dachziegel oder Sprays zur Beschichtung von Oberflächen."

Barthlott führte aus, dass es fast 15 Jahre brauchte, um zu einem Angebot auf dem Markt zu kommen. Die Begeisterung über seine Neuerung war zwar groß; aber dann gab es Widerstände, wie Aussagen: "Wir arbeiten auch schon lange auf diesem Gebiet. Wenn da etwas funktioniert, dann wüssten wir das längst..." Die Industrie brauchte unendlich lange, um sich für Neuerungen zu entschließen, für eine Produktionsumstellung. (Warum überhaupt etwas Neues?) Dazu kamen immer wieder patentrechtlichen Auseinandersetzungen.

Weitere Ausführungen von Prof. Barthlott:

"Artenvielfalt
Leben mit seiner Vielfalt ist die einzige spezifische Qualität des Planeten Erde und bildet in vielerlei Hinsicht die Grundlage des menschlichen Daseins. In einer atemberaubenden Fülle von Formen, Farben, Strukturen und Funktionen besiedeln etwa 20 Millionen Arten von Pflanzen und Tieren unsere Welt. Aber nur weniger als zehn Prozent der Arten von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen sind bis heute bekannt. Die tatsächliche Vielfalt können wir für viele Organismengruppen nur erahnen-, täglich werden neue Arten entdeckt.
Der anthropogene, das heißt vom Menschen verursachte Wandel der Artenvielfalt spielt allerdings zunehmend eine wichtige Rolle in der Forschung und öffentlichen Diskussion. Um die Basis für den Erhalt und die nachhaltige Nutzung von Biodiversität zu schaffen, bedarf es erheblicher Anstrengungen in der Grundlagenforschung.
Technische Innovationen
Die Erforschung der Biodiversität eröffnet uns aber auch neue Perspektiven. Die Artenvielfalt hat sich in Millionen von Jahren an ihren Lebensraum angepasst und so Lösungen für eine Vielzahl von Problemen geschaffen. Diese Lösungen zu untersuchen, die Prinzipien zu verstehen und für neue technische Innovationen zu nutzen stellt die Grundlage der Bionik dar. Das bekannteste Beispiel hier ist wohl die Lotusblume (siehe oben).
Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft solcher superhydrophoben (Phobie: Furcht, Angst) Oberflächen ist die Fähigkeit unter Wasser eine Luftschicht zu halten. Diese Luftschicht kann bei Umströmung die Reibung erheblich reduzieren. Das Potential der technischen Umsetzung einer solchen lufthaltenden Oberfläche wird ersichtlich, wenn man bedenkt, dass in der Schifffahrt bis zu 70% der Antriebsenergie durch Reibung des Wassers am Schiffsrumpf verloren gehen. Dieser Energieverlust lässt sich deutlich reduzieren, indem Rumpf und Wasser durch eine Gleitschicht aus Luft voneinander getrennt werden. Der Großteil der heute produzierten Güter wird mit Hilfe von Schiffen rund um den Globus transportiert. Da die Vorräte fossiler Brennstoffe rapide abnehmen und bisher keine wirtschaftlichen Alternativen existieren, ist das Einsparen von Treibstoff von zentraler Bedeutung. Bei einer Reibungsreduktion von 10% könnten pro Jahr 20 Millionen Tonnen Treibstoff (l % des weltweiten Gesamtverbrauchs) eingespart werden. Das entspricht ungefähr der 25-fachen Menge des Öls, das täglich aus den Lecks der ehemalig BP-Ölplattform „Deepwater Horizon" ausströmt."

Prof. Dr. Arnim von Gleich (oben im Bild nur sein Profil erkennbar)
ist Professor für das Lehrgebiet Technikgestaltung und Technologieentwicklung an der Universität Bremen. Forschungsschwerpunkte des studierten Biologen und promovierten Politologen sind Risikofrüherkennung und Vorsorge mit Fokus auf Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsaspekten der chemischen, biologischen und Nanotechnologien sowie Technikgestaltung. Er ist Mitglied der Nanokommission der Bundesregierung und engagiert sich seit 1983 auf Landes- und Bundesebene als Wissenschaftler, Berater und Gutachter für eine nachhaltige und sozialverträgliche Technikgestaltung.

Prof. von Gleichs Beitrag:

Lernen von der Natur?
Zu Möglichkeiten und Grenzen einer leitbildorientierten Technikgestaltung Podiumsdiskussion, 16. Juni 2010, Kunstmuseum Bonn

Thesen

1. Umgang mit Komplexität

Organismen haben in der Regel nur begrenzte Möglichkeiten ihre „Rahmenbedingungen" zu kontrollieren und konstant zu halten. Die in Wissenschaft und Technik seit Galileo Galilei (1564 – 1642) und Isaac Newton (1642 – 1727) übliche „Störfaktorenabstraktion" ist ihnen weitgehend verwehrt."Fitness" ist so gesehen eine Mischung aus Anpassung und Gestaltung, mit Schwerpunkt auf dem ersteren. Die Orientierung am „Vorbild Natur" bei der Suche nach technischen Lösungen bietet vor diesem Hintergrund an mehreren Punkten Vorteile:
1. Dort, wo wir Schwierigkeiten haben mit der „praktisch-technischen Realisierung der Störfaktorenabstraktion" im Sinne einer Aufrechterhaltung stabiler und hochgereinigter Randbedingungen. Letztendlich lassen sich Störfaktoren als Quelle von Neben- und Folgewirkungen nicht völlig ausschließen.
2. Dort, wo die wissenschaftliche Komplexitätsreduktion mit unserem experimentellen und mathematischen Instrumentarium weder theoretisch noch praktisch angemessen durchführbar ist. So sind in der Aero- und Hydrodynamik derzeit immer noch Versuche im Windkanal die entscheidende Instanz vor der technischen Umsetzung.
3. Dort, wo der „evolutionäre Optimierungsprozess" zu einer Lösung geführt hat, auf die wir selbst nicht gekommen wären.
4. Dort, wo die stoffliche Evolution koevolutiv neben Synthesewegen immer auch Abbauwege entwickelt hat. Überraschungen wie bei Persistant Organic Pollutants (POPS) und FCKWs sind dann wenig wahrscheinlich.

2. Entwicklungsrichtung und -stand der Bionik

Der Schwerpunkt der bisherigen bionischen Entwicklungen lag - neben Optimierungsalgorithmen - auf „Form-Funktions-Zusammenhängen" sowie auf Biokybernetik, Sensorik und Robotik. Ein Problem lag darin, dass sowohl die „bionischen Formen" als auch die Sensor- und Regelungstechnik nicht durch besonders „bionische" Werkstoffe realisiert wurden, wie die Beispiele von Flugzeugflügeln oder Lotusoberflächen zeigen. Zwar wurde im Flugzeug der Auftrieb „bionisch" gelöst, leider aber nicht der Vortrieb. Erst mit den Bottom-up Nanotechnologien eröffnen sich technische Möglichkeiten, hierarchisch strukturierte anisotrope Werkstoffe wie Knochen, Perlmutt oder Spinnenseide, wachsen zu lassen.

3. Neue Möglichkeiten – Neue Risiken

Die Möglichkeiten eines Zusammenwirkens mit Selbstorganisationsprinzipien in der Natur auf molekularer Ebene, wie SAMS, Mizellen oder Templat gesteuerte Kristallisation, eröffnen hochinteressante Perspektiven einer Gestaltung komplexer technischer Systeme. Auf dieser Ebene werden aber auch Ziele einer Top-down-Totalisierung der Naturbeherrschung verfolgt, z. B. von bestimmten ganz und gar dem mechanistischen Weltbild verpflichteten Entwicklungslinien der „Synthetischen Biologie". Mit der Eingriffstiefe in die natürlichen Systeme, mit dem technischen Ansetzen an zentralen Steuerungsstrukturen in Organismen (Gehirn, Hormone, Gene), mit dem Umschlag von der Selbstorganisation zur Selbstreplikation wachsen allerdings auch die technischen Risiken.

4. Übergang zur leitbildorientierten Technikgestaltung

Innovationsprozesse sind in den vergangenen Jahrzehnten offener und öffentlicher geworden, wie u. a. am Beispiel der Nanokommission der Bundesregierung deutlich wird. Die Berücksichtigung der Anliegen von Umwelt, Gesundheit und Sicherheit schon im Forschungs- und Entwicklungsprozess - und nicht erst bei der Markteinführung - findet breitere Unterstützung. Die Orientierung am Vorbild Natur könnte als Leitbild im Forschungs- und Entwicklungsprozess den Stellenwert und die Realisierungschancen dieser Anliegen weiter verbessern. Sie kann aber selbstverständlich die Erreichung des Ziels einer nachhaltigeren Technik nicht garantieren.

BMBF geförderte Bionik-Aktivitäten:

1. Sieger im BMBF-Ideenwettbewerb „Bionik – Innovationen aus der Natur" ist das Projekt „Perlmutt - Vorbild für nachhaltig zukunftsfähige Werkstoffe" zusammen mit PD Dr. Monika Fritz (Biophysik), DrAng. Meinhard Kuntz und Prof. Dr.-Ing. Georg Grathwohl (Keramische Werkstoffe und Bauteile), Dr. Klaus Zinsmeister von der Firma Remmers, Baustofftechnik GmbH, Löningen.
http://www.biokon.net/news/auszeichnunqBionikwettbewerb.htmi 
2. Anschließende zweijährige Fortsetzung dieses Forschungsprojekts http://www.tecdesi,qn.uni-bremen.de/FG1O/dokumente/PerlmuttBericht.doc
3. Projekt „Potenziale und Trends in der Bionik" im Rahmen des Förderprogramms zur l,Innovations- und Technikanalyse"
Endbericht: Gleich, A. von, Pade, C., Petschow, U., Pissarskoi, E. (2010): Potentials and Trends in Biomimetics, Springer Heidelberg, New York. http://www.springer.com/engineering/biomedical+eng/book/978-3-642-05245-3

Ralf Krauter (oben im Bild dritter von rechts neben Frau Prof. Kesel)
arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist und Hörfunkmoderator überwiegend für den Deutschlandfunk, bei dem er u.a. fast drei Jahre als Redakteur und Moderator die tägliche Wissenschaftssendung "Forschung Aktuell" betreute. Der studierte Physiker liefert außerdem Beiträge für den Westdeutschen Rundfunk, den Südwestrundfunk und schreibt für überregionale Printmedien wie DIE ZEIT und Technology Review.

(Weitere) Beispiele für "technische" Vorbilder aus unserer Natur:

Extremophile sind Mikroben, also kleinste Lebewesen wie Bakterien, die extreme Lebensbedingungen nicht nur aushalten, sondern sich darin wohl fühlen, also gedeihen und sich vermehren. Dr. rer.nat. Garabed Antranikian (1951 in Jordanien als Sohn einer armenischstämmigen Familie geboren) ist Leiter des Instituts für für Technische Mikrobiologie der Technischen Universität von Hamburg-Harburg. Er hat herausgefunden, dass Thermophile, z.B. Kälte mögende Algen im Polarmeer sich gegen den Frost schützen, indem sie Zucker statt Streusalz (wie wir Menschen) einlagern zum Schmelzen des Wassers, um die Bildung von Eiskristallen zu verhindern; denn die Eiskristalle haben messerscharfe spitze Zacken und Kanten, welche die Zellbestandteile beschädigen. Andere Tricks von "Thermophilen" sind herausgefunden worden, wobei kleine Eiweißmoleküle als Frostschutzmittel auf der Zelloberfläche wirken, indem das Wachstum von gefährlich werdenden scharfen Eiskristalle verhindert wird. In Kühltruhen der USA wird die Schutzmethode der Thermophilen inzwischen angewendet, um eingelagertes Eiscreme vor der Bildung von Eiskristallen zu schützen. Das Eis bleibt auch nach langer Lagerzeit cremig wie frisch gekühltes.

Einzellige Schleimpilze (griechisch: Myxomyceten), jedoch mit mehreren Zellkernen und einer Größe von bis zu mehreren Quadratmetern, sind Lebewesen, die weder pflanzlich festgewachsen also keineswegs Pilze sind, sondern sich fortbewegen können (maximal mit 1 Zentimeter je Stunde). Sie haben keine hochentwickelten Sinnesorgane wie die meisten Tiere - Augen, Nasen, Mund - und auch kein Zentralgehirn. Dennoch können sie komplexe Aufgaben lösen. Der japanische Biophysiker, Atsushi Tero, legte mit seinem Team Haferflocken (begehrte Nahrung der Pilze) so aus, dass sie maßstabsähnlich der Lage von Bahnhöfen um Tokio herum angeordnet waren. Langer Rede kurzer Sinn: Der gesamte "Großraum" war in wenigen Stunden überwuchert und dicke Adern hatten sich herausgebildet zum Erschließen der Futterquellen. Nach einem Tag war ein Netzwerk entstanden, das den in mühevoller menschlicher Arbeit entstandenen Gleisanordnungen entsprach. Ja, der "Schleim" zeigte sich sogar als besserer Verkehrplaner in vieler Hinsicht, z.B.:

- Optimierung der Wege der Adern mit Bezug auf optimale Streckenlänge, unter Berücksichtigung aller Hindernisse,

- Ausweichen im Falle einer Störung auf eine andere Ader mit dem besten Zugang als Auswahlmöglichkeit unter vielen.

Der Algorithmus ("Verarbeitungsvorschrift") könnte nachvollzogen werden und den Wissenschaftlern zu ermöglichen, mathematische Formeln aufzustellen zur Lösung ähnlicher Probleme bei: Wasser- und Stromleitungen, für Computervernetzung, Telefonkabelverlegung usw. Völlig ungeklärt ist jedoch, wie es dem Schleimpilz gelingt, ohne zentrales Gehirn, ohne Gesamterfassungsmöglichkeit eines Lageplanes der Futterplätze und von absichtlich und künstlich angeordneten Hindernissen schneller als ein menschliches Gehirn die Aufgabe zu lösen.

Wichtig in der Wissenschaft: Die Versuche der Japaner sind reproduzierbar, also wiederhol- und nachvollziehbar mit gleichen Ergebnissen, wie der Leiter der Abteilung Biophysik an der Otto-von-Guericke-Universität zu Magdeburg, Professor Marcus Hauser, beweisen konnte und begeistert berichtet: "Erstaunlich, mit wie wenig Energie diese Vernetzung erfolgt - sie ist damit im übertragenen Sinne sehr wirtschaftlich..."

Zum vorher gesagten muss ergänzt werden, dass Schleimpilze zwar in einer Zelle mehrere Zellkerne haben, die verträglich miteinander auskommen im Gegensatz zu menschlichen Zellkernen, die dann vielleicht, um sich besonders hervortun wollen, einige entarten und uns das Krebsleiden antun. Vielleicht können Wissenschaftler herausfinden, ob man auch da von den Schleimern lernen kann. Außerdem ist bekannt, dass sie antibiotische* Abwehrstoffe gegen Bakterien entwickeln.

* Die Antibiose wirkt sich hemmend und schädigend auf  Stoffwechselprodukte verschiedener Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen, Flechten) aus.

Erwähnt werden sollte noch (doch keineswegs zuletzt) der fast von jedem von uns benutzte Klettverschluss:

Kinder bewerfen sich gerne gegenseitig mit den obigen Früchten, die dann an der Kleidung hängen bleiben. Kletten (Arctium, Gattung der Korbblütler) gibt es jedoch kaum noch, da sie als "Unkraut" gelten und in keinem "gepflegten" Garten geduldet werden.

Kommentar: Man forscht und forscht, und es dauert unendlich lange, bis ein natürliches Entwicklungswunder unserer menschlichen Nutzung und Lebenserleichterung zur Verfügung steht. Bisher habe ich noch kein Produkt gefunden, welches zum Abkratzen einer Ablagerung meinen Fingernagel (vorzugsweise Daumennagel) ersetzt. Dieser Nagel, bei jedem meiner Mitmenschen vorhanden und in gleicher Weise genutzt, zusammen mit einer mit Speichel überzogener Fingerkuppe ist bisher industriell nicht nachgebaut, d.h. realisiert worden. Da gibt es die Oberflächenversiegelung von Kacheln und Fußböden porös machenden Chemikalien und die Kratzspuren hinterlassende Drahtwolle für Töpfe und Herdplatten. Warum auch nicht erst mal in die Ferne schweifen, wenn das Gute stets zur Hand?

Walter Rath, Juni 2010