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Freitag, 22. Februar 2019

Bionik

Aus des Ur-Insektes Haut geschnitzt

Von Lisa Schneider | 7. November 2014 | Ausgabe 45

Von der Natur lernen, heißt vor allem, sorgfältig beobachten und dann sinnvoll abstrahieren. Nur so kann man den Panzer eines Käfers in eine Schutzkleidung für Arbeiter verwandeln. Das jedenfalls gelang dem interdisziplinären Team aus Dresden, das dafür kürzlich mit dem International Bionic Award 2014 ausgezeichnet wurde.

BU Bionic Award
Foto: VDI

Persönlich geehrt: Der Geschäftsführer der Schauenburg-Stiftung,Marc Georg Schauenburg (li.), überreichte den Preisträgern (v.l.) Julia Nickerl, Ralf Helbig und René Hensel vom Leibniz-Institut für Polymerforschung den International Bionic Award 2014.

Wenn eine Biologin, ein Werkstoffwissenschaftler und ein Physiker zusammenkommen, kann eine ausgezeichnete Arbeit entstehen. So geschehen bei Julia Nickerl, René Hensel und Ralf Helbig. Die drei jungen Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Polymerforschung in Dresden haben eine synthetische Membran entwickelt, die sowohl wasser- als auch ölabweisende Eigenschaften hat. Diesen Erfolg verdanken sie einem winzigen Erdenbewohner, dessen biologisches Geheimnis sie lüfteten und für ihren Zweck nutzten.

International Bionic Award 2014

Zuerst kam der Zufall: Durch eine Dokumentation des britischen Naturforschers Sir David Attenborough werden die drei Nachwuchsforscher auf die Tiere aufmerksam, deren Beobachtung ihnen später zu ihrer Entdeckung verhilft. „Wir haben dann etwas genauer hingeschaut“, beschreibt der Werkstoffwissenschaftler Hensel die zarten Anfänge und fügt hinzu: „Wobei das genauere Hinschauen mittlerweile zwei abgeschlossene Promotionen, eine noch laufende Promotion sowie eine abgeschlossene Diplomarbeit umfasst.“

Foto: imago/blickwinkel

Einer wie dieser: Von den 40 untersuchten Springschwanzarten blieben die farblosen, unterhalb der Erdoberfläche lebenden Exemplare die erkenntnisreichsten.

Von alleine kommen Erkenntnisse in der Wissenschaft nicht, auch nicht in der Bionik. Dieses interdisziplinäre Forschungsgebiet lebt mehr noch als andere Fachbereiche von der Beobachtungsgabe und der regen Kommunikation zwischen den Teammitgliedern. Auch Nickerl, Hensel und Helbig haben rangeklotzt, sie haben beobachtet, Erkenntnisse schriftlich festgehalten und sie untereinander ausgetauscht. Vierzig Springschwanz-Arten haben sie auf ihre Hautstruktur untersucht, um herauszufinden, wie es die 0,3 mm bis 8 mm langen Ur-Insekten schaffen, sich trotz ihres feuchten Lebensraumes Flüssigkeiten und Schmutz vom Leib zu halten.

Die Antwort: Ihre Hautoberfläche besteht aus pilzförmigen Waben. Durch deren Öffnungen atmen die Tierchen, wohingegen deren Überhänge das Eindringen von Wasser und sonstigen Flüssigkeiten verhindert. Der Clou dieser natürlichen Anpassungsstrategie liegt aber in der Festigkeit. Die Wabenstrukturen sind mechanisch stabil und damit ein ideales Vorbild für Oberflächen aller Art.

Als die drei Forscher daraus flexible synthetische Polymermembranen hergestellt hatten, die robust, wasser- und ölabweisend waren, brauchten sie sich um deren Praxistauglichkeit keine Sorgen zu machen. „Welcher Bereich wünscht sich keine sauberen Oberflächen?“, flachst Hensel. Neben klassischen Anwendungsfeldern wie Fassaden und Fensterfronten sieht er aber auch neue Bereiche entstehen: „Beispielsweise steigt die Anzahl an Endgeräten, die per Touchscreen bedient werden, stetig. Der Fokus solcher Anwendungen ist offensichtlich das Handling fettiger/öliger Substanzen“, so Hensel.

In dieser positiven Einschätzung des Marktpotenzials scheint ihm die Jury des International Bionic Award gefolgt zu sein. Die drei Nachwuchsforscher aus Dresden gewannen jüngst den mit 10 000 € dotierten Preis der Schauenburg-Stiftung im Stifterverband für die deutsche Wissenschaft, der von der VDI-Gesellschaft für Technologies of Life Sciences (TLS) alle zwei Jahre vergeben wird. „Die ausgezeichnete Arbeit ist eine bahnbrechende Weiterentwicklung des altbekannten Lotus-Effekts“, argumentierte Jurymitglied und Professorin der Hochschule Bremen, Antonia Kesel. „Die einzigartigen Benetzungseigenschaften der Springschwanzoberfläche ermöglichen die Entwicklung innovativer Materialien mit neuen Eigenschaften, zum Beispiel im Arbeitsschutz.“

Der Sohn des Award-Stifters, Marc Georg Schauenburg, wies darauf hin, dass auch die Zweit- und Drittplatzierten herausragende Forschungsarbeit geleistet und ihre Fähigkeit zum konstruktiven Querdenken bewiesen hätten. „Wir haben deshalb auch den Sirex, einen Pendelhubbohrer für die orthopädische Chirurgie nach dem Vorbild der Holzwespe als erste Anwendung in der Medizintechnik mit dem zweiten Platz ausgezeichnet.“ Das Team des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA werde „möglicherweise Orthopädie und Prothetik revolutionieren“, so Schauenburg (siehe S. 7).

Den dritten Platz teilte sich Harmen Droogendijk von der Universität Twente mit zwei Jungforschern der Universität Bonn, Adrian Klein und Hendrik Herzog.

Und wie gehts es weiter mit dem Springschwanz-Team aus Dresden? Hensel würde seinen Teil des Preisgeldes gerne für eine längere Reise nutzen, „wenn es die Zeit hergibt. Meine beiden Kollegen in Dresden arbeiten weiterhin an diesem Thema, wobei der Schwerpunkt nun auf den Einfluss der Oberflächenchemie auf den Bewuchs von Mikroben gerichtet ist.“ Vielleicht werden wir ja in zwei Jahren wieder von den beiden hören. Die eingehende Beobachtung des kleinen Erdenbewohners jedenfalls hat sich jetzt schon für alle drei beteiligten Disziplinen gelohnt.