Bienenwaben als Vorbild für energiesparende Materialien
Dr. Jörg Melcher
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Braunschweig
Titel des Projektes: „Bionisches Schwingungserregersystem“
Email: joerg.melcher@dlr.de
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Kurzbeschreibung
Die Frage, wie Bienen es schaffen, den Zellen ihrer Waben eine beinahe kristallin anmutende sechseckige Gestalt zu geben, hat Forscher schon vor mehreren hundert Jahren beschäftigt. Sogar Johannes Kepler und Galileo Galilei haben sich mit diesem Problem befasst und vermutet, Bienen hätten einen mathematischen Verstand. Dass dem nicht so ist, hat vor geraumer Zeit die Würzburger BEEgroup um den Bienenforscher Jürgen Tautz aufgezeigt: "Wir konnten nachweisen, dass eine Kombination aus einem sozusagen intelligenten Werkstoff - dem Wachs - und einem bestimmten Verhalten der Biene für die regelmäßige Struktur der Waben verantwortlich ist", erklärt Tautz. Denn eigentlich bauen die Bienen ihre Zellen rund. Erst wenn ein darauf spezialisiertes Tier das Wachs auf 45 Grad Celsius erwärmt, nimmt der Bau von alleine die regelmäßige sechseckige Struktur an.
Die Entdeckung der Würzburger interessierte sofort die Ingenieure um Jörg Melcher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik in Braunschweig. Die Bienenexperten hätten eine Lösung für ein Problem aufgezeigt, dass die Physiker und Ingenieure schon lange beschäftigt: Die Suche nach energetisch perfekten Leichtbau-Geometrien für den industriellen Einsatz. Sechsecke wie Bienenwaben kommen in der Industrie überall dort vor, wo ein leichtes und gleichzeitig stabiles Material benötigt wird. Das ist beispielsweise in der Luftfahrt der Fall beim Bau von Flugzeugen. Aber es spielt auch in der Architektur eine Rolle, wenn es darum geht, erdbebensichere Gebäude zu entwickeln oder bei Handyherstellen, die einen möglichst sparsamen Vibrationsalarm in ihre Geräte installieren wollen. Bisher ist die Produktion solcher Waben in der gewünschten Präzision ohne die gefürchteten Mikrorisse schlichtweg nicht möglich.
Im Rahmen des Bionik-Wettbewerbs kann die Kooperation zwischen Braunschweig und Würzburg nun gezielt verfolgt werden, in dem die Ingenieure auf der Basis der Bienen-Grundlagenforschung piezokeramisches Material mit den gewünschten Eigenschaften entwickeln. Gesucht ist eine "lebendige Struktur, die sich verändernden Gegebenheiten anpassen kann", sagt Tautz. Ein Stoff, der beispielsweise unabhängig davon, ob er kalt oder warm ist, seine Eigenschaften unverändert behält. Eine Substanz, die nicht nur Schwingungen dämpfen, sondern - wie im Bienenstock - beispielsweise auch Schwingungen gezielt weiterleiten kann, wenn dies gewünscht ist. Eine Anwendung solcher Materialien ist sowohl in der Kommunikations- und Medizintechnik, in der Robotik und Raumfahrt, aber auch in der optischen Industrie, im Maschinen- und Anlagenbau und in der Verkehrstechnik denkbar.
