Hightech aus dem Mikrokosmos

Bionikforscher des Alfred-Wegener-Instituts zu Gast auf der Bundesgartenschau

Aus der Natur lernen: Forscher des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung nehmen die Schalenstrukturen von Algen zum Vorbild für Autofelgen, Computergehäuse und Lampenschirme. Modelle und Computeranimationen dieser Produktideen sowie ein Prototyp sind vom 28. April bis 9. Oktober auf der Bundesgartenschau (BUGA) in München zu sehen.

Eine verbesserte Straßenlage durch erhöhte Stabilität bei gleichzeitiger Gewichtsverminderung macht die von Dr. Christian Hamm und Ulf Lüdemann entwickelte Autofelge zu einer innovativen Konkurrenz für traditionelle Reifenträger. Die beiden Forscher des Alfred-Wegener-Instituts haben sich den Panzer der gerade ein zwanzigstel Millimeter großen Kieselalge Arachnoidiscus japonicus genauer angeschaut und auf Basis von elektronenmikroskopischen Aufnahmen ein digitales Modell entwickelt. „Die ineinander greifenden Schalen der in Küstennähe lebenden marinen Kieselalgen besitzen Rippen, Waben und Poren. Sie sind extrem leicht und stabil“, erklärt Hamm. „Seit Millionen von Jahren schweben Kieselalgen im Meer und haben ihre Silikatschalen im Laufe der Evolution angepasst. Von dem Kompromiss zwischen schwebender Leichtbauweise und Festigkeit gegenüber den Kiefern ihrer Fressfeinde können wir heute viel lernen.“ Bei mikromechanischen Crashtests, die in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München und dem Forschungszentrum Jülich durchgeführt wurden, hielten die Schalen Belastungen von 700 Tonnen pro Quadratmeter stand. Die nach dem Vorbild der Kieselalgen entwickelten Felgen haben in computergestützten Berechnungen bereits ihre Eignung für die Straße bewiesen. Auf der vom Architekten Jan Geisen konzipierten Bundesgartenschau ist ein Prototyp der Felge zu sehen, der mit Unterstützung des Unternehmens Alphaform produziert wurde. Renommierte Autohersteller haben bereits ihr Interesse bekundet.

Bionik, ein Schwerpunkt der diesjährigen BUGA und Forschungszweig mit Zukunft am Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven, wendet biologische Konstruktions- und Funktionsprinzipien auf aktuelle technische Probleme an. Die Natur bietet einen schier unerschöpflichen Reichtum an Lösungsvorschlägen. Neben der neuen Autofelge arbeitet Hamm bereits an Computergehäusen, die Strukturen der Kieselalgenschale zum Vorbild haben. Eine Vielzahl von Poren soll für eine bessere Belüftung sorgen, und das bei hoher Stabilität und geringem Gewicht des Gehäuses. Institutskollege Dr. Markus Geisen haben es die Kalkalgen angetan. „Neben der Stabilität ermöglichen die Kalkplatten der Schale auch eine Bündelung des Lichts. Dies erlaubt den von der Sonnenenergie lebenden Algen eine bessere Energieausnutzung“, erklärt Geisen. Auf der BUGA wird der Prototyp eines Beleuchtungskörpers gezeigt, der auf diesen Prinzipien beruht. In Zusammenarbeit mit dem international bekannten Designer und Ingenieur Alberto Meda sowie dem Design Labor Bremerhaven soll die ästhetische Lampe zur Serienreife gebracht werden.

Nicht nur in der Bionik, auch in der Natur spielen einzellige Algen eine bedeutende Rolle für das Weltklima und das Nahrungsnetz im Meer. Kieselalgen sind für etwa ein Viertel der weltweit über Photosynthese produzierten pflanzlichen Biomasse verantwortlich. Kalkalgen sind die mit Abstand produktivsten Kalkbildner im Meer. Sie beeinflussen die Chemie des Meerwassers und damit auch dessen Aufnahmekapazität für das Treibhausgas Kohlendioxid. Die Forschung an Mikroalgen ist daher nicht nur für Industrieanwendungen interessant, sondern auch wichtig für unser Verständnis des globalen Klimasystems.