Bau-Bionik

Nur rein äußerlich ähnelt das Olympiastadium in Peking einem Vogelnest | Bild: HR

Schon lange ist die Natur ein wichtiger Ideengeber für die Architektur. Denn hier können wir lernen, wie mit wenig Material äußerst funktional und energieeffizient gebaut werden kann. Allerdings ist nicht in allem, was nach Bionik aussieht, Bionik drin. Prominentestes Beispiel der "Bionik-Falle": das Pekinger Olympiastadion mit dem Spitznamen "Vogelnest". Optisch ist die Analogie zutreffend, doch mit Bionik hat das überhaupt nichts zu tun, sagt Professor Thomas Speck, Vorsitzender des Bionik-Kompetenz-Netzes BIOKON. Ein Vogelnest sei besonders leicht gebaut, aus nachwachsenden Rohstoffen - während das Pekinger Olympiastadion eine schwere Stahlkonstruktion sei, deren Herstellung viel Energie verbraucht habe. Es handelt sich also nur um eine rein optische Ähnlichkeit, da die Stahlträger des Vorzeigebaus der Olympischen Spiele in China so aussehen wie die Anordnung von Zweigen in einem Vogelnest.

Übertragung der Funktionsweise

Vorbild für die Struktur des Eifelturms ist der Aufbau eines Knochens | Bild: HR

Auch beispielsweise die weltberühmte Dachkonstruktion des Münchner Olympiastadions ähnelt nur optisch einem Spinnennetz - mit der Bauweise seines "natürlichen Vorbilds" hat es nichts zu tun. Bei der Baubionik jedoch geht es darum, die Funktionsweise der Natur in die Architektur zu übertragen. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn Erkenntnisse aus dem Knochenbau für die moderne Leichtbauweise genutzt werden. Bei einem Längsschnitt durch einen Wirbeltierknochen sind im Inneren unzählige kleine Hohlräume zu sehen, die durch sogenannte "Knochenbalken" voneinander abgegrenzt sind.

Schon im 19. Jahrhundert haben Forscher herausgefunden, dass diesem scheinbaren Durcheinander eine genaue Ordnung zugrunde liegt. Dort, wo Kräfte auf den Knochen wirken, sind Knochenbalken vorhanden, dort wo keine Kraft wirkt, ist ein Hohlraum. Wenn die Stahlträger an Gebäuden nach dem gleichen Prinzip angeordnet sind, können sie besonders materialsparend eingesetzt werden. Prominentestes Beispiel: der Eiffelturm in Paris. "Wenn man den Eiffelturm einschmelzen würde, wäre der gerade mal ein paar Meter groß. Das ist also wirklich ein Ultra-Leichtbau-Gebäude, das für die damalige Zeit sicher High-End-Technologie war", so Professor Thomas Speck.

Der bionische Expo-Pavillon Korea 2012

Der Expo-Pavillion soll eine bewegliche Fassade haben (Bild: soma architecture) | Bild: soma architecture

Thomas Speck ist Direktor am Botanischen Garten der Universität Freiburg, und in seinen Gewächshäusern wurde die Idee zu einem neuen bionischen Projekt geboren. Das Ergebnis ist auf der Expo 2012 in Korea zu sehen: ein Pavillon mit beweglicher Fassade. Die Idee dazu hat die Strelitzie geliefert, auch Paradiesvogelblume genannt. Nach ihrem Vorbild beschatten bewegliche Lamellen die darunter liegende Glasfassade des Expo-Pavillons.

Die Strelitzie ist eine der wenigen Blüten, die von Vögeln bestäubt wird und deren Gewicht aushalten muss. Wenn der Vogel auf dem Blütenteil landet, biegt sich dieser nach unten und der Pollen kann übertragen werden. Einem Team aus Botanikern, Ingenieuren und Architekten ist aufgefallen, dass die Klappbewegungen dieses Blütenteils ohne jegliche Gelenke ablaufen. Und das ist eine Besonderheit, denn Elastizität ohne Gelenke - das ist in der Architektur bisher kaum vorstellbar. "Bei uns in der Technik war es eben leichter, rechte Winkel und gerade, steife Teile zu entwickeln. Die kann man dann mit einem Scharnier versehen. Das war technisch einfach leichter umsetzbar", so Professor Thomas Speck.

Von der Strelitzie lernen

Vorbild für die Lamellen: eine Strelitzie | Bild: HR

Heute jedoch bieten neue Materialien, vor allem verschiedene Kunststofftypen, Ingenieuren und Architekten die Möglichkeit, Funktionsweisen aus der Natur technisch zu übertragen. Ingenieure der Universität Stuttgart analysierten die Klappbewegung der Strelitzie und waren immer wieder überrascht, wie genial sie funktioniert. Eine Herausforderung war jedoch die Berechnung der elastischen Verbiegung - erst seit wenigen Jahren stehen Computerprogramme zur Verfügung, die dazu überhaupt in der Lage sind. Schon bald konnten die Ingenieure zusammen mit den Textiltechnikern einen Prototypen herstellen. Dieser besteht aus Lamellen, die sich ohne Gelenke oder Scharniere auf- und zuklappen lassen. Die Klappbewegung wird mit wenig Kraft ausgelöst - nur durch einen kleinen Zylinder, der Druck ausübt.

Das schlaue System "Mutter Natur"

Ziel ist ein möglichst energiesparendes Lamellensystem | Bild: HR

Das System hinter den beweglichen Lamellen ohne Gelenke ist schon jetzt besonders energiesparend. Ein nächster Entwicklungsschritt soll sogar noch darüber hinaus gehen und die Energie gänzlich einsparen. Ziel ist es, die Klappbewegung der Lamellen und damit die Verschattung allein durch Temperatur oder UV-Strahlung regeln zu können.

Während das noch Zukunftsträume sind, kommt eine weitere Besonderheit der Lamellen schon beim Expo Pavillon in Korea zum Einsatz: Das Beschattungssystem kann sogar an gebogenen Wänden angebracht werden. Damit bietet das Prinzip der Strelitzie also auch ganz neue gestalterische Möglichkeiten. Für die Architektur lohnt es sich, von Mutter Natur zu lernen - denn sie profitiert doppelt: von der Funktionsweise und der Ästhetik der Natur.

Adressen

Prof. Dr. Thomas Speck
Lehrstuhl "Botanik: Funktionelle Morphologie und Bionik"
Plant Biomechanics Group Freiburg
Botanischer Garten
Universität Freiburg
Schänzlestr. 1
79104 Freiburg

Prof. Dr. - Ing. Jan Knippers
Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen
Universität Stuttgart
Keplerstraße 11
70174 Stuttgart
j.knippers@itke.uni-stuttgart.de

Autorin: Katja Deiß (HR)

Stand: 30.08.2012 09:45 Uhr