Der Begriff Bionik setzt sich zusammen aus Biologie und Technik. Er beschreibt das kreative Umsetzen von Anregungen aus der Natur in die Technik und das Alltagsleben. Dafür arbeiten Biologen und Naturforscher eng mit Ingenieuren, Architekten,Physikern, Chemikern und Materialforschern zusammen.
Die Geschichte der Bionik geht bis ins 15. Jahrhundert zurück. Erste Experimente führte der Universalgelehrte Leonardo da Vinci durch. Er war Künstler, Philosoph und Naturwissenschaftler und als solcher auch der erste „Bioniker“. Er konstruierte erste Fluggeräte und Fallschirme auf Grund seines Studiums des Vogelfluges.
Im 16. Jahrhundert ließ sich der Engländer Matthew Baker, ebenfalls vom Vorbild der Natur inspirieren und baute Schiffsrümpfe mit der Form von einem Dorschkopf und einem Makrelenschwanz. Die nach ihm benannte Baker-Galeone zeigte eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Wasserwiderstandes und der Manövrierfähigkeit der Schiffe. Michael Kelly aus Texas erreichte im Jahre 1868 eine Idee zum Patent ein, die uns allen bekannt ist. Kelly nutzte den Osagedorn-Strauch (Macurla pomifera) und bildete das Prinzip aus Draht nach. Damit erfand er den Stacheldraht.
Aber man darf auch Otto Lilienthal in der Reihe wichtiger Bioniker nicht vergessen. Er studierte den Flug der Störche und stellte die ersten erfolgreichen Flugapparate her, mit welchen er schon in den neunziger Jahren des 19. Jahrhundert erfolgreiche Gleitflüge durchführen konnte. Das wohl bekannteste „Bionik-Produkt“ nutzen heute Millionen Menschen in aller Welt: den Klettverschluss. Diesen entdeckte der Schweizer Wissenschaftler George de Mestral im Jahre 1951. Immer wenn er mit seinem Hund von der Jagd zurück kam, war dieser voller Kletten. Der Haltemechanismus der Klette untersuchte er unter dem Mikroskop und baute ihn nach. Diese „Erfindung“ der Natur wurde unter dem Namen VELCRO patentiert.
Das Grundprinzip der lebenden Natur ist es mit einem Minimum an Material und Energie ein Maximum an Stabilität und Leistung zu erreichen, das sog. Minimum-Maximum-Prinzip wird zum Leitprinzip der Gewinnung von Lösungsideen auf dem Gebiet der Bionik.
1. Konstruktionsbionik:
2. Sensorbionik:
3. Strukturbionik
4. Bewegungsbionik
5. Baubionik
6. Verfahrensbionik: Gewinnung von Energie durch die Sonne.
7. Klimabionik
8. Evolutionsbionik
Dieses biologisches Wunderwerk ist ein Klassiker der Bionik: der Lotuseffekt.
Von der Entdeckung und ersten Forschungen bis zur praktischen Anwendung und Nutzung vergingen Jahrzehnte. Jedoch kann bei dieser Perfektion der Natur der Mensch nicht nur staunen sondern auch lernen. Die Lotusblume wächst in den schlammigsten Tümpeln und Gewässern und trotzdem sind ihre Blätter stets sauber. So weckte die Nelumbo nucifera schon in den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts das Interesse der Botaniker. Diese interessanten Eigenschaften der Blätter waren Vorbilder zur Entwicklung technischer Produkte mit Selbstreinigungseffekt.
Doch nun stellt sich die Frage, nach welchem Prinzip arbeitet die Lotuspflanze?
Die ganz normale Blattoberfläche enthüllt erst unter dem Elektronenmikroskop ihr Geheimnis. Dei Blattoberfläche besitzt warzenartige Erhebungen (Papillen), die im Abstand von tausendstel Millimetern voneinander sitzen. Diese sind mit winzigen Wachskristallen überzogen und verleihen dem Blatt seine raue, genoppte Struktur.
Diese Noppenstruktur sind ausschlaggebend dafür, dass die vorhandenen Schmutzpartikel und Wassertropfen nur sehr wenige Kontaktstellen mit dem Blatt haben und sich daher nicht anhaften können. So kann jeder Wassertropfen über diese „raue“ superhydrophobe Oberfläche abrollen und nimmt nicht nur Schmutzpartikel mit sich, sondern auch auch schädliche Pilzsporen, Bakterien und Algen. So entledigt sich die Pflanze ihrer Plagen und nimmt gleichzeitig den Pilzsporen und Algen die nötige Feuchtigkeit zum Überleben.
Daraus kann man schlussfolgern, dass der so genannte „Lotus-Effekt“ oder Selbstreinigungseffekt dem Prinzip „je rauer, desto sauberer“ folgt.
Nach jahrelangen Forschungen des „Lotus-Effekts“ konnte man die Wirkungsweise in technischen Bereichen aber auch im Alltag anwenden. 1998 meldeten die Botaniker W. Barthlott und C. Neinhuis das Prinzip zum Patent an.
Nachdem es Forschern gelungen war die raue Mikrostruktur des Lotusblattes auf künstlichen Oberflächen nachzubilden wurde das Prinzip vielseitig einsetzbar wie zum Beispiel als Fassadenfarbe, die Wasser und Schmutz von Hauswänden abperlen lässt. Die erste selbstreinigende Fassadenfarbe mit dem Lotus-Effect® war die Fassadenfarbe Lotusan®. Der Effekt wurde durch eine Silikontechnologie nachgeahmt, die Strukturen sind zwar nicht ganz so fein wie die des natürlichen Vorbildes, wirkungsvoll.
Doch nicht nur für Fassaden wird das Silikonwachs verwendet, auch Markisen oder Dachziegel, das heißt das Prinzip der Lotusblume ist besonders geeignet für Oberflächen, welche dauerhaft starken Wind und rauen Wetter ausgesetzt sind.
Genutzt wird das Prinzip auch bei Imprägnierspray mit Nanoteilchen für Bekleidung und Schuhe oder bei Felgenversiegelungsspray. Der Lotuseffekt in der Zukunft Wissenschaftler sind immer dazu geneigt neue Einsatzgebiete für den Lotuseffekt zu erschliessen. Man forscht an einer Möglichkeit die Flugzeugoberfläche mit dem
Lotuseffekt zu versiegeln. So könnten sich keine Wassertropfen und Eiskristalle mehr auf der Oberfläche des Flugzeuges halten. Das zeitraubende Enteisen im Winter würde wegfallen. Doch diese beschichteten Oberflächen sind für hohe Geschwindigkeiten noch nicht ausgelegt, da die Struktur sofort zerstört wäre.
Quellen
http://www.rd.ruhr-uni-bochum.de:8619/imperia/md/content/rd/is3/varnik-materials4u-bergbaumuseum.2012-01-08.pdf
https://de.wikipedia.org/wiki/Lotuseffekt
http://www.bionik-online.de/wp-content/uploads/2012/05/Lotus_01_Info1.pdf
http://www.wissen.de/der-lotus-effekt
http://www.br.de/themen/wissen/bionik-lotuseffekt-natur100.html