Biomimetik: Wenn die Natur den Menschen inspiriert

Biomimetik – oder die Kunst, sich von der Natur inspirieren zu lassen – ist ein faszinierendes Forschungsfeld, in dem die Beobachtung mariner Organismen zu Innovationen in unterschiedlichsten Bereichen führt. Von der Medizin über Technologie bis hin zu Sport und Militär entstehen zahlreiche Anwendungen, die direkt von natürlichen Prinzipien inspiriert sind.

Was ist Biomimetik?

Der Begriff Biomimetik wurde in den 1960er-Jahren vom amerikanischen Ingenieur Otto Schmitt geprägt. Er beschreibt einen Innovationsansatz, der technische Lösungen aus der Natur ableitet. 1997 erweiterte die Biologin Janine Benyus dieses Konzept und verlieh ihm eine stärkere ökologische Dimension.

Die Natur dient dabei als Vorbild für die Entwicklung neuer Strategien, Materialien und Verfahren. Dieser Ansatz ist keineswegs neu: Bereits Leonardo da Vinci ließ sich bei der Konstruktion seiner Maschinen von natürlichen Strukturen und Bewegungen inspirieren.

Gerade das marine Umfeld mit seiner enormen Biodiversität bietet eine Vielzahl an Beispielen für Anpassungen, die heute als Grundlage für technologische Innovationen dienen.

Heilende Moleküle

Die Medizin lässt sich regelmäßig von der Natur inspirieren, um neue Medikamente und Technologien zu entwickeln. Besonders marine Organismen liefern dabei erstaunliche Vorbilder. Einige bemerkenswerte Beispiele:

• Eisseestern (Marthasterias glacialis)
  Das aus diesem Tier gewonnene Enzym Roscovitine könnte die Vermehrung von Krebszellen hemmen und so neue Therapieansätze eröffnen.
• Gewöhnlicher Krake (Octopus vulgaris)
  Seine Tentakel dienten als Vorbild für einen flexiblen Roboterarm, der in der Chirurgie eingesetzt wird und es ermöglicht, schwer zugängliche Bereiche zu erreichen, ohne umliegendes Gewebe zu beschädigen.
• Aequorea victoria
  Das grün fluoreszierendes Protein der Qualle wird in der Forschung genutzt, um biologische Prozesse sichtbar zu machen, etwa zur Markierung von Krebszellen. Für diese Entdeckung wurde 2008 der Nobelpreis für Chemie vergeben.
• Seegurke (Holothuria sp.)
  Ihre Fähigkeit, das Gewebe je nach Bedarf zwischen flexibel und fest zu verändern, könnte künftig bei der Entwicklung von Implantaten helfen, etwa zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson.
• Jakobsmuschel (Pecten maximus)
  Ihr einzigartiges Fortbewegungssystem hat die Entwicklung eines Mikroroboters inspiriert, der sich durch den menschlichen Körper bewegen kann.

Meereslebewesen im Dienst der Sportler

Auch im Sport – insbesondere in Wassersportarten – lassen sich zahlreiche Innovationen auf Anpassungen mariner Tiere zurückführen:

• Haie
  Ihr stromlinienförmiger Körper und die von winzigen Hautzähnchen bedeckte Haut haben zur Entwicklung strukturierter Schwimmanzüge inspiriert, die den Wasserwiderstand deutlich reduzieren.
• Seeotter
  Seine außergewöhnliche Fähigkeit, die Körperwärme trotz kalter Umgebung zu halten, diente als Vorbild für moderne Surfanzüge, die Leichtigkeit und thermische Isolation kombinieren.
• Schildkröten
  Der Aufbau ihres Panzers inspirierte Skier mit variabler Steifigkeit: flexibel bei Geradeausfahrt und stabil in Kurven.

Chemische Substanzen nach dem Vorbild der Natur

Auch die Chemie lässt sich von marinen Organismen inspirieren, insbesondere bei der Entwicklung neuer Materialien und Prozesse:

• Gemeine Miesmuschel (Mytilus edulis)
  Die von ihr abgesonderten Haftfäden, der sogenannte Byssus, sind zugleich extrem stark und flexibel. Sie dienen als Vorbild für Anwendungen im Bauwesen sowie in der Medizin.
• Kieselalgen
  Ihre Silikatpanzer ermöglichen die Herstellung von glasähnlichen Strukturen bei Raumtemperatur – ein Ansatz, der das Potenzial hat, den Energieverbrauch in der Produktion deutlich zu senken.
• Biolumineszenz
  Einige Meeresorganismen wie Phytoplankton erzeugen ihr eigenes Licht. Forschende haben Biolumineszenz-Gene bereits in Pflanzen übertragen – ein vielversprechender Ansatz für natürliche Beleuchtungssysteme.

Von der Natur zur Technologie

Biomimetik beeinflusst auch zahlreiche technologische Entwicklungen:

• Languste
  Ihr mehrschichtiger Chitinpanzer diente als Inspiration für widerstandsfähige und leichte Smartphone-Hüllen.
• Napfschnecke (Patella sp.)
  Ihre Radula, eine Art raspelartige Struktur, inspirierte die Entwicklung besonders robuster und gleichzeitig leichter Bootsrümpfe.
• Fliegende Fische (Exocoetidae)
  Seine Fähigkeit, zwischen Schwimmen und Gleiten zu wechseln, diente als Vorbild zur Optimierung von Foils bei Hochleistungssegelbooten.
• Buckelwal (Megaptera novaeangliae)
  Die Struktur seiner Flossen inspirierte die Blätter moderner Windkraftanlagen und konnte deren Energieeffizienz um bis zu 20 % steigern.

Wenn die Natur das Militär inspiriert

Von der Natur inspirierte Innovationen finden auch im militärischen Bereich Anwendung:

• Arapaima (Arapaima gigas)
  Ihre besonders widerstandsfähigen und zugleich flexiblen Schuppen dienten als Vorbild für Materialien in kugelsicheren Westen.
• Oktopus
  Seine Fähigkeit, Farbe und Textur seiner Haut zu verändern, inspirierte die Entwicklung adaptiver Tarnmaterialien für militärische Anwendungen.
• Geisterkrabben (Ocypode sp.)
  Ihre außergewöhnliche Geschwindigkeit auf sandigem Untergrund führte zur Entwicklung kleiner Roboter, die sich effizient in weichen Böden wie Wüsten bewegen können.

Fazit

Die Beobachtung der Natur ist eine unerschöpfliche Quelle für Innovationen. Die Biomimetik, die sich an den Anpassungen mariner Organismen orientiert, eröffnet neue Möglichkeiten in zahlreichen Bereichen – von der Medizin über die Technologie bis hin zu Sport und Verteidigung.

Dieser Ansatz macht zugleich deutlich, wie wichtig der Schutz der Biodiversität ist. Marine Ökosysteme sind nicht nur Lebensraum, sondern auch eine wertvolle Inspirationsquelle für zukünftige Entwicklungen.

Dieser Artikel, ursprünglich von Pascaline Bodilis-Guillemain für unsere Printausgabe verfasst, wurde für das Web angepasst. 
Eröffnungsfoto: Hervé Colombini