Biomimetik: Natürlich inspirierte Lösungen für eine nachhaltige Zukunft

Biomimetik, ein aufstrebendes Feld, das Design in allem von Architektur bis hin zu Elektronik und Maschinen beeinflusst, nimmt Prozesse und Strukturen, die in der Natur vorkommen, als Ausgangspunkt für menschliche Designs. In dem Erkennen, dass natürliche Designs das Ergebnis von Milliarden von Jahren Evolution sind, die darauf abzielen, lebende Organismen so kompatibel wie möglich mit ihrer Umgebung zu machen, zielt Biomimetik darauf ab, Ideen aus der Natur nachzuahmen und an menschliche Bedürfnisse anzupassen, oft mit signifikanten Effizienzverbesserungen und deutlich geringeren Umweltauswirkungen als herkömmliche Designs.

Gebäudedesign

Es erfordert eine außergewöhnliche Menge an Energie, um Gebäude in modernen Städten zu heizen, zu kühlen und zu beleuchten, und das stellt sowohl einen hohen Preis als auch eine massive Umweltbelastung dar. In der Natur hingegen bewohnen und bauen zahlreiche Arten – von denen viele genauso empfindlich auf Hitze und Kälte reagieren wie wir und genauso auf Licht zum Sehen angewiesen sind – Behausungen in extremen Klimazonen ohne künstliche Energiequellen. In Simbabwe kombinierten Architekten und Ingenieure traditionelle Mauerwerksmethoden mit einem von Termitenhügeln inspirierten Design, um einen Komplex zu errichten, der weniger als 10 Prozent der Energie vergleichbarer Gebäude verwendet. Ohne ein zentrales Kühlsystem saugt das Gebäude Luft und Brisen von der Basis an und belüftet sie durch das Gebäude, bis die Luft zu heiß wird und durch Kamine im Dach entweicht, ein Mechanismus, der in Termitenhügeln zur Temperaturregulierung verwendet wird.

Beständige Materialien

Die Herstellung, Nutzung und Entsorgung von Materialien haben erhebliche Umweltauswirkungen, von Treibhausgasemissionen bis hin zu überlasteten Deponien. Biologische Organismen hingegen verfügen über Selbstheilungsmechanismen, die die Menge an Energie reduzieren, die benötigt wird, um einen Körperteil zu reparieren. Inspiriert vom Heilungsprozess von Säugetierhaut haben Luft- und Raumfahrtingenieure Kunststofffolien mit internen Harzdepots entwickelt, die jedes Mal auf die Oberfläche fließen, wenn der Kunststoff zerkratzt oder durchstochen wird. Während das Harz trocknet, entsteht ein Flicken, ähnlich einer Kruste auf einer Schnittwunde, wodurch eine Oberfläche entsteht, die genauso stark ist wie der ursprüngliche Kunststoff. Wenn in der Luft- und Raumfahrttechnologie eingesetzt, könnte der Kunststoff die Luftfahrt sicherer machen und das Gewicht und den Kraftstoffbedarf von Flugzeugen reduzieren.

Künstliche Photosynthese

Obwohl sich die „künstliche Photosynthese“ noch in einem frühen Forschungsstadium befindet, basiert sie auf dem photosynthetischen Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht nutzen, um Energie zu erzeugen und zu speichern. So wie Pflanzen Wassermoleküle spalten, um einfache Kohlenhydrate und Sauerstoff zu erzeugen, hoffen Wissenschaftler, den Prozess zu replizieren, um Wasserstoffgas zu isolieren, ein hochentzündliches Gas, das als Kraftstoff verwendet werden kann. Wenn der Prozess mit weniger Energie abgeschlossen werden kann, als er erzeugt, wie es bei Pflanzen der Fall ist, könnte die künstliche Photosynthese verschmutzende Energiequellen wie fossile Brennstoffe ersetzen.

Bewegung und einfache Dynamik

Das Leben auf der Erde hat sich entwickelt, um verfügbare Energieressourcen maximal zu nutzen, wobei biologische Prozesse wie Verdauung und Bewegung die Effizienzraten selbst unserer fortschrittlichsten Maschinen weit übertreffen. Infolgedessen haben Wissenschaftler und Designer sich zunehmend natürlichen Strukturen und Prozessen für effizientere Designs zugewandt. Windturbinen-Designer haben sich beispielsweise von den Buckeln auf der Vorderkante der Flosse eines Buckelwals inspirieren lassen, um Windturbinenblätter mit weniger Luftwiderstand und mehr Auftrieb neu zu gestalten. Das Ergebnis ist eine effektivere und effizientere Windturbine, so schnell wie ein Buckelwal, der unter Wasser saust.