Natur und Technik werden gewöhnlich als unvereinbare Gegensätze angesehen, weil sie anscheinend unter wenig vergleichbaren Zielsetzungen ablaufen. Das wird von der Bionik, ein Kunstwort aus Biologie und Technik, ganz anders gesehen. Hier geht es um Lernen von der Natur als Anregung für eigenständiges Gestalten.

Es hat sich gezeigt, dass über Millionen von Jahren in der Tier- und Pflanzenwelt evolutionäre Entwicklungen stattgefunden haben, die unsere technischen Entwicklungen vielfach in den Schatten stellen.

Auf der anderen Seite stellt die Bionik keine Blaupausen für die Technik bereit, sondern überschreitet die Grenzen unterschiedlicher Forschungsgebiete in interdisziplinärer Weise um neue Anwendungsgebiete herzuleiten. Zu nennen sind dabei u.a. die folgenden Teilgebiete (von insgesamt 12):

• Konstruktionsbionik: Konstruktionen der Natur,
• Verfahrensbionik: Vorgehensweisen oder Verfahren der Natur und 
• Informationsbionik: Datenübertragungs-, Entwicklungs- und Evolutionsprinzipien.
  

Insbesondere in der Luftfahrt zeichnen sich durch die Anwendung bionischer Prinzipien erhebliche Leistungsverbesserungen von Flugzeuge ab. Denn einer Gruppe von Meeresbewohnern, den Haien (Abb. 1), verdankt die Luftfahrt die Entwicklung einer "künstlichen Haifischhaut für Verkehrsflugzeuge".


Abb. 1: Haifischhaut (Quelle: BIOKON)

Die von Berliner Ingenieuren nach dem Vorbild der Haie konstruierte Oberfläche ist besonders reibungsarm. Als Folie auf einen Airbus A340 oder A320 aufgebracht, führt sie zu einer Wandreibungsverminderung von bis zu acht Prozent, wodurch das Flugzeug pro Langstreckenflug 2,4 Tonnen weniger Treibstoff verbraucht.

Des Weiteren ist die Unbenetzbarkeit von Blattoberflächen lange bekannt und gut untersucht. Es wurde jedoch weitgehend übersehen, dass unbenetzbare Oberflächen auch nahezu unverschmutzbar sind. Dieser Zusammenhang wurde erst in jüngster Zeit detailliert untersucht und experimentell belegt. Da er sich besonders gut an den großen schildförmigen Blättern der Lotuspflanze demonstrieren lässt, wurde er von Prof. Dr. Wilhelm Barthlott von der Rheinischen Friedrich-Wilhelm-Universität Bonn "Lotus-Effekt" genannt.

Abb. 2: Lotus-Effekt (Quelle: Uni Bonn)	Abb. 3: Blattoberfläche (Quelle: Uni Bonn)

Wenn Wassertropfen über ein Lotusblatt rollen, dann nehmen sie alle kontaminierenden Partikel auf und entfernen sie vom Blatt (Abb. 2). Grundlage des Lotus-Effektes sind extrem aufgerauhte, hydrophobe Blattoberflächen an denen Wasser und Partikel praktisch nicht haften (Abb. 3). Eine industrielle Anwendung ist die von der  Firma ISPO GmbH in Kriftel bei Frankfurt entwickelte neuartige Fassadenfarbe "Lotusan", die nahezu völlig immun ist gegen Verschmutzung.

Durch diese bahnbrechenden Erkenntnisse auf dem Gebiet sich selbstreinigender Oberflächen kam das FITR auf die Idee, die Innenseite von Abwasserrohren zu strukturieren, um dem Problem von Ablagerungen entgegenzutreten.  Darüber hinaus wurden noch andere natürliche Vorbilder für einen optimierten Flüssigkeits- und Feststofftransport gefunden.

Im Flügeladersystem von Insekten weisen abwechselnd versteifte und nicht versteifte Wandbereiche positive Effekte auf die Fluidströmung auf. Auch bei den Wasserleitsystemen von Landpflanzen führen auf die Gefäßwand aufgelagerte Verdickungen zu einem effizienteren Transport.

Im Endeffekt konnten im Rahmen einer mehrjährigen Entwicklung makroskopische Strukturen für die Rohrinnenflächen geschaffen werden, die selbst bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten und bei geringem Gefälle durch Erzeugung von künstlichen Wirbeln in der wandnahen Zone den Abtrag von Feststoffen beschleunigen und eine erneute Sedimentation verhindern.  Konkret: Der Sedimentabtrag aus dem strukturierten Bereich einer GFK-Rinne (Abb. 4) bei einem Gefälle von 1 ‰, einem Wasservolumenstrom von 15 l/s und einer daraus resultierenden Strömungsgeschwindigkeit von 0,36 m/s erfolgt 7 mal schneller, als bei unstrukturierter GFK-Rinnensohle.

Abb. 4: 6 m lange Rohrschale aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) mit Strukturkörpern aus Polypropylen

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