Bionik – Vögel und Insekten als technische Vorbilder

Fliegen will nicht nur gelernt sein, sondern hängt vor allem mit dem Eigengewicht des fliegenden Gegenstands zusammen. Das gilt nicht nur für ein Segelflugzeug, sondern auch für einen Vogel. Der Anteil des Knochenskeletts beträgt bei Menschen circa 15 Prozent des Körpergewichts, beim Vogel ist er um einiges leichter: circa 4,4 Prozent bei einer Taube, denn Vogelknochen sind weitgehend hohl. Der aufgeschnittene Knochen links ist mit Luft gefüllt, während der rechte Knochen eines Säugetiers eine Markfüllung hat. Betrachtet man den Schnabel und den Kopf eines Pelikans aus der Nähe, erkennt man deutlich die poröse Struktur des Knochenmaterials. Das Gesamtskelett von Kopf und Schnabel des Pelikans beträgt nur 25 Gramm. Im Gegensatz zu den dicken und schweren Schädeln von Säugern ist der Schädelknochen bei Vögeln relativ dünn, aber dennoch sehr stabil. Noch näher betrachtet sind die hohlen, mit Luft gefüllten Stellen erkennbar. Fliegen können nicht nur Vögel, sondern auch Insekten. Sie haben jedoch zur Stabilisierung ihres Körpers ein Außenskelett. Dieser unterschiedlich harte, äußerst stabile Panzer ist überaus leicht. Die Evolution hat für diese Leichtbauweise Fasern einer Substanz entwickelt, die wir Chitin nennen. Besonders kleine Lebewesen, die kein schweres Innenskelett tragen könnten, sind mit ihrem Chitinpanzer nicht nur geschützt, sondern gleichermaßen beweglich. Die Stabilität des Chitinpanzers wird erreicht, indem jede Schicht in einem etwas anderen Winkel angeordnet wird, wie wir es von einer Sperrholzplatte her kennen. Chitin hat eine besondere Eigenschaft: Es kann sich erneuern. Das Gras, das diese Heuschrecke frisst, ist mit Silizium-Kristallen ausgestattet, die härter sind als Chitin. Doch bevor die Mandibeln - Mundwerkzeuge - der Heuschrecke sich dadurch abgenutzt haben, beginnt sich das Insekt zu häuten und erneuert so das Chitin seiner Fresswerkzeuge. Chitin ist ein äußerst interessantes Material. Es ist hart, aber leicht, passt sich jeder Form an und kommt in der Natur in großen Mengen vor. So finden wir Chitin auch in den Panzern der urtümlichen Pfeilschwanzkrebse, die die nordamerikanische Atlantikküste bewohnen und jährlich einmal zum Ablaichen an den Strand kommen. Sie sind mittlerweile zu Recht unter Schutz gestellt worden. Von den Krebsen hat den Menschen bisher nur das Fleisch interessiert. Ihre harten Schalen sind als Abfall behandelt worden. Doch in den Schalen ist neben dem Kalk auch Chitin enthalten und man könnte mit diesem Stoff bestimmt viel anfangen. Das Chitin ist jedoch mit Calciumcarbonat verbunden und das muss durch eine kalklösende Säure aufgelöst werden. Die verwendete Säure ist vorzugsweise Chlorwasserstoffsäure. Durch weitere chemische und biologische Verfahren, bei denen die Faserstruktur verändert wird, erhält man ein Produkt namens Chitosan. Es findet in großem Umfang als Verdickungsmittel Verwendung bei der Herstellung von Kontaktlinsen, Hautcreme und flüssigem Wundpflaster. Chitosan wird bei der Behandlung von Abwässern gebraucht, denn Ionentauscher auf Chitosanbasis können Schwermetalle aus dem Wasser entfernen, die biologisch nicht abbaubar sind. Chitosan wird auch bei der Beschichtung von Folien verwendet und hat einen entscheidenden Vorteil: Es ist biologisch gut abbaubar.