19. Dez 2019 Von Bettina Reckter

Technik-Vorbild Natur

Technologies to watch Welche Entwicklungen in den nächsten Jahren den Durchbruch schaffen könnten, beleuchtet das VDI-Technologiezentrum gemeinsam mit der Redaktion.

Ein Schmetterling als Vorbild für den Bau von Solarzellen – Nanostrukturen auf dessen Flügeln steigern die Absorptionsrate von Licht.
Foto: PantherMedia/teptong

Leonardo da Vinci hat es längst vorgemacht: Der Künstler und Erfinder aus der Toskana beobachtete die Natur ganz genau und übertrug deren Baupläne, Kräfte und Phänomene auf technische Entwicklungen. So erfand er etwa das Prinzip des Klettverschlusses, aber auch Getriebe, Hubschrauber und Flugmaschinen. Jahrhunderte später wurde daraus der Begriff Bionik geprägt.

Längst vollziehen Ingenieure und Forscher die biologische Transformation und nutzen den Ideenreichtum der Natur für technische Lösungen. Ein aktuelles Projekt der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (Acatech) beleuchtet mit Förderung durch das Bundesforschungsministerium (BMBF) das Innovationspotenzial biologisch inspirierter Materialien – für Anwendungen in Chemie, Energie, Medizin und Robotik sowie Kunst und Design. Solche Werkstoffe könnten den deutschen Forschungs- und Technologiestandort in den nächsten Jahren also maßgeblich prägen.

Ideenreichtum der Natur nutzen

Die international sehr gute Position Deutschlands auf diesem Gebiet gelte es in industrielle Wertschöpfung umzusetzen, heißt es in dem Acatech-Papier. Dazu brauche es den Einsatz von Digitalisierung, Automatisierung und neuer Fertigungsprozesse wie den 3-D-Druck, „aber auch interdisziplinäre, branchenübergreifende und ganzheitliche Ansätze“, fordert Dieter Spath, einer der beiden Acatech-Präsidenten.

Doch wie lässt sich ganz konkret der enorme Ideenreichtum der Natur nutzen? Ein Schmetterling macht es vor. Auf den Flügeln der Gewöhnlichen Rose (Pachliopta aristolochiae) befinden sich röhrenförmige Nanostrukturen, die extrem gut Sonnenlicht absorbieren. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben solche winzigen Röhrchen jetzt auf einer Solarzelle nachgebildet und so deren Absorptionsrate bei senkrechtem Lichteinfall um 97 % gegenüber einer unstrukturierten Zelle erhöhen können.

Chips nach dem Vorbild des Gehirns

Einen anderen Ansatz wählte die Forschungsfabrik Mikroelektronik in Berlin. Dort orientieren sich die Wissenschaftler am Aufbau des menschlichen Gehirns, um sogenannte neuromorphe Computerchips zu entwickeln. Diese sollen wesentlich schneller und energieeffizienter arbeiten als bisherige Chips und so auch tauglich sein für Anwendungen auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI).

Eine ganze Reihe interessanter Technologien steckt bereits in den Startlöchern, um in den kommenden Jahren die Märkte zu erobern. Dazu gehören das autonome Fahren, Cloud-Anwendungen, die Etablierung der neuesten Mobilfunkgeneration, neue Wege zur Energiegewinnung und -speicherung sowie das Bioprinting, mit dem sich dringend benötigte Organe im Labor drucken lassen. Und obwohl KI bereits zur vollautomatischen Produktion von wissenschaftlichen Texten eingesetzt wird, sind es immer noch Menschen, die diese Ausgabe der VDI nachrichten geschrieben haben.

Tags: Forschung, Industrie

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