Der Natur abgeschaut – Stoffe, die sich selbst reparieren

Pflanzliche und tierische Vorbilder für innovative Materialien

Wer kennt ihn nicht, den Gecko, der aufgrund unzähliger Härchen an den Füßen glatte Wände hochklettern kann? Wissenschaftlern ist es gelungen, diesen Hafteffekt nachzuahmen. Sie entwickelten einen Klebestreifen mit unendlich vielen dünnen Härchen, die selbst größere Gewichte an der Decke oder der Wand halten können.

Weitere Zusammenhänge machen deutlich, wie eng Natur und Technik verbunden sind: Klette und Klettverschluss, Lotosblatt und sich selbstreinigende Wandfarbe, Ficus Benjamini (Birkenfeige) und sich selbstheilende Gummireifen. Die Wissenschaft, die biologische Phänomene erforscht und mit Technik kombiniert, heißt Bionik. Das Wort setzt sich zusammen aus „Bio” von Biologie und „nik“ von Technik. Ich stelle Euch im Folgenden einige interessante Beispiele dieser innovativen Forschungsrichtung vor.

Intelligente Werkstoffe

Als Smart Materials (intelligente Werkstoffe) werden Materialien wie beispielsweise Baustoffe bezeichnet, die selbstständig auf destruktive Einflüsse reagieren können. Sie bestehen meist aus Kunststoffen (Polymeren). Auch Metalle oder Metallverbundstoffe befinden sich unter diesen zukunftsträchtigen Werkstoffen.

Reparatur ohne Eingriff von außen

Forscher arbeiten an der Entwicklung fluider Polymere (teilweise gelartige Kunststoffe), die selbstheilende Systeme darstellen. Diese Materialien sollen beim Flugzeugbau eingesetzt werden. Sie besitzen die Fähigkeit, Schädigungen selbstreparierend zu beseitigen.

Ferner sollen diese multifunktionellen Nanokomposite (Polymere, die kleinste Teilchen enthalten – nano = Zwerg) in der Lage sein, das Flugzeuggewicht zu dezimieren. Damit wird als positiver Nebeneffekt der Treibstoffverbrauch verringert und die Umweltbelastung reduziert.

Kratzer im Handy oder im Autolack?

Der einfache, der Natur abgeschaute Trick liegt darin, dass, wenn der Kunststoff beschädigt wird, eingelagerte Moleküle (kleinste Teilchen) die Stellen wieder verschließen. Die Lianen sind Vorbild: Bilden sich Risse in den Stängeln, so verheilen sie in kurzer Zeit. Hierbei drängen Moleküle oder besser „Heilzellen“ aus der Biomasse der Liane zur angegriffenen Stelle, quellen dort und schließen den Riss.

Systemische Computer

Der Absturz eines Computers kann ein mittelgroßes bis großes Chaos bewirken. Der Computer der Zukunft soll so konstruiert sein, dass er sich selber reparieren kann. Er besteht aus mehreren Zentraleinheiten, die so vernetzt sind, dass jede eine Kopie der Funktionen bzw. Aufgaben abgespeichert hat. Ist ein Computervirus in eine Recheneinheit eingespeist worden, übernimmt automatisch eine andere Einheit den Part der infizierten Zelle und repariert diese anhand der abgelegten Kopie. Nach außen hin war nichts von dem Angriff zu bemerken, der Computer hat seine Arbeit kompetent fortgesetzt.

Diese sogenannten systemischen Computer sind von besonders großem Interesse für militärische und industrielle Einrichtungen, aber auch für Krankenhäuser und Energieversorgungsbetriebe. Letztendlich wird zukünftig auch jeder Privathaushalt ein entsprechendes Gerät besitzen.