Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gebäude kommen in Bewegung - Architekten schauen sich bei Pflanzen und Tieren aktive Konstruktionen ab

31.10.2008
Die Bionik, die sich als interdisziplinäre Wissenschaft Konstruktionsprinzipien der Natur für die Technik zunutze macht, gewinnt derzeit auch in der Architektur immer mehr an Bedeutung. Der Architekt Prof. Stefan Schäfer vom Institut für Massivbau an der TU Darmstadt ist einer der führenden Forscher in diesem neuen Fachgebiet.

Das "Vogelnest", das Stadion der Olympischen Spiele in Peking in diesem Sommer, hat seinen Spitznamen von der verwobenen Stahlkonstruktion. Dass sich Architekten von natürlichen Formen inspirieren lassen, ist nichts Neues.

Neu ist aber, dass sie sich gemeinsam mit Naturwissenschaftlern daran machen, ihre Bauwerke auf technisch innovative Weise natürlichen Konstrukten wie Schmetterlingsflügeln oder auch Blattstrukturen nachzubauen.

"Die Baubionik ist eine moderne Entwicklung in der Architektur, die in den letzten Jahren einen enormen Aufschwung erfahren hat. In Deutschland steckt sie mittlerweile schon nicht mehr in den Kinderschuhen", konstatiert Prof. Stefan Schäfer von der TU Darmstadt, einer der führenden Forscher in diesem neuen Fachgebiet. "Allerdings hinkt die Genehmigung innovativer bionischer Bauten der Forschung meist weit hinterher."

Nachhaltigkeit gewinnt an Bedeutung

Bionik ist eine Wortkreation aus "Biologie" und "Technik". Die interdisziplinäre Wissenschaft macht sich die im Zuge der Evolution über Jahrtausende optimierten Konstrukte der Natur zunutze. So war einem der Pioniere der Bionik, dem Ingenieur George de Mestral, aufgefallen, dass sich beim Spazierengehen im Fell seines Hundes regelmäßig Kletten verhakten. Er setzte die für Kletten typischen Häkchen zusammen mit passenden Schlaufen technisch um und lieferte damit das Patent für den Klettverschluss.

Im Bauwesen hat die Bionik beispielsweise die Fassadentechnik beeinflusst. Sie macht sich einen Effekt zunutze, der der Lotusblüte abgeschaut ist. Deren raue Oberfläche ist von einer Schicht feinster, dicht stehender Härchen überzogen, die die Blüte vor Schmutz schützt. Wassertropfen perlen rasch von den Blütenblättern ab und reißen dabei Schmutzpartikel mit. An Gebäudefassaden, Dächern, Glasflächen und auch an Zeltkonstruktionen sind solche sich selbst reinigenden Oberflächen keine Seltenheit mehr. Da sie in der Herstellung teurer sind, gehören sie in der Baubranche aber noch nicht zum Standard.

Doch das wird sich ändern, ist sich Schäfer sicher. "Der Gedanke der Nachhaltigkeit gewinnt immer mehr an Bedeutung und damit auch die Einbeziehung der Kosten, die ein Gebäude im Laufe seines gesamten Lebenszyklus verursacht", konkretisiert der Darmstädter Architekt. "Und da bionische Oberflächen deutlich seltener gereinigt und gepflegt werden müssen, amortisieren sich die Kosten schon nach kurzer Zeit. In den nächsten Jahren wird sich diese Einsicht zunehmend verbreiten."

Meister des Leichtbaus

Aber nicht nur Tricks in Sachen Sauberkeit kann sich die Baubranche von der Natur abgucken. Tiere und Pflanzen haben auch extreme 'Leichtbauten' von geradezu unglaublicher Stabilität hervorgebracht. Leichtbau gewinnt mit den knapper werdenden Energieressourcen immer mehr an Bedeutung. In der Natur ist der Leichtbau weit verbreitet, Tragwerke wie Pflanzenstiele oder auch lnsektenflügel benötigen ein Minimum an Material bei optimiertem Kraftverlauf.

"Die Natur hat über Jahrtausende Erfahrungen in energiesparenden, beweglichen Konstruktionen und im Leichtbau gesammelt. Ingenieure können sich diesen evolutionären Prozess zunutze machen", ist Schäfer überzeugt. Die Prinzipien des Leichtbaus hat unter anderem die aus Südamerika stammende Riesen-Seerose Victoria amazonica perfektioniert. Ihre Blätter können Gewichte von bis zu 60 kg tragen. "Die Verzweigungsstrukturen dieser Blätter sind ein sehr gutes Beispiel dafür, wie Versteifungsmaterialien nur dort eingesetzt werden, wo sie zwingend notwendig sind", begeistert sich der Architekt.

Bäume dagegen haben mit ihren V-förmigen Astgabeln ein System entwickelt, das maximale Traglast bei bestmöglicher Abtragung von Spannungen garantiert, wie sie bei Wind verstärkt auf den Baum einwirken. Bei Gebäuden sind es solche wiederholten Spannungsspitzen, die längerfristig zu Rissen und Brüchen führen. Baumförmige, dem Kraftverlauf folgende Stützen können maximale Spannungen und damit auch den Materialverschleiß deutlich reduzieren. Das wiederum ermöglicht Architekten, etwa den Überbau von Brücken schlanker auszuführen. Das ist nicht nur ästhetischer, sondern spart auch Material, Energie und Baukosten.

Intelligente Bauwerke reagieren auf die Umwelt

Die meisten Bauwerke sind heutzutage meist statisch und passiv, das heißt, sie können ihr Tragverhalten nicht situationsabhängig ändern. Fernziel der Baubioniker sind jedoch intelligente, aktive Tragwerke, die Umwelteinflüssen und Belastungen Rechnung tragen können. "Heutige Brücken zum Beispiel sind auf permanente Maximallast ausgelegt, wodurch das Material relativ schnell verschleißt", erläutert Schäfer. "Intelligente Brücken dagegen könnten sich der jeweiligen Situation anpassen. Sie verstärken ihren Versteifungszustand nur bei Belastung, also wenn zum Beispiel ein Zug darüber fährt", blickt Schäfer in die Zukunft. "In Phasen minimaler Beanspruchung 'entspannen' sie."

So könnten seilgestützte Brücken die Länge ihrer Trageseile mit Hilfe computergesteuerter Pressen automatisch den jeweiligen Kräften anpassen. Durch den sinkenden Materialverschleiß wäre es im Umkehrschluss auch möglich, leistungsfähigere Bauwerke wie etwa Brücken mit größeren Spannweiten zu errichten.

Tatsächlich existieren bereits einige aktive, wandelbare Bauten, wie beispielsweise bewegliche Fußgängerbrücken in Duisburg und Kiel, oder auch bewegliche Dächer von Stadien und Sporthallen. "Doch damit sich die Baubionik etablieren kann und man nicht in den Zulässigkeitskriterien der Genehmigungsverfahren gefangen bleibt, müssen auch politische Anstrengungen unternommen werden", fordert Schäfer. "Das wäre auch eine besondere Chance für die deutsche Baubranche, sich im internationalen Konkurrenzkampf zu profilieren."

Fachansprechpartner:
Prof. Stefan Schäfer, Institut für Massivbau, TU Darmstadt, Tel. 06151/16-7031, sts@massivbau.tu-darmstadt.de

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Neues Forschungsprojekt: Vorausschauende Techniken für Fassaden und Beleuchtung von Bürogebäuden
17.07.2017 | Technische Universität Kaiserslautern

nachricht „Mein Ideenhaus“ – Das neue Aktionshaus von Baufritz
10.07.2017 | Bau-Fritz GmbH & Co. KG, seit 1896

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie