17 März 2021
Von Gabriela Palma
Haben Sie sich jemals gefragt, wie der Klettverschluss entstanden ist? George de Mestral war auf einer Wanderung, als er Grate bemerkte, die an seiner Kleidung klebten. Bei näherer Betrachtung stellte er fest, dass die Oberfläche der Grate aus winzigen Haken bestand, die sich an den Fadenschlaufen seiner Kleidung festhielten. Mestral erkannte, dass er sie leicht abziehen und wieder anbringen konnte, also ahmte er die Haken- und Schlaufenstruktur der Grate nach, um einen Klettverschluss zu schaffen. Dies ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Biomimikry ins Spiel kommt.
Was ist Biomimikry?
Biomimikry ist ein Prozess der Entwicklung von Systemen und Materialien nach dem Vorbild biologischer Prozesse, die durch natürliche Selektion optimiert wurden. Durch die Beobachtung dieser natürlichen Prozesse können wir nachahmen, wie die Natur allgemeine Probleme löst, und diese Strategien an die menschlichen Bedürfnisse anpasst.
Im Laufe von 3,8 Milliarden Jahren hat sich die Natur weiterentwickelt und ihre komplexen Systeme und Organismen perfektioniert. Dadurch ist sie ein Experte in Sachen Effizienz und Widerstandsfähigkeit. Die Biomimikry erforscht, wie man die Genialität der Natur nutzen kann, um menschliche Bemühungen und Problemlösungen anzuleiten. Sie überschreitet die Grenzen des traditionellen Denkens, um die Art und Weise, wie wir restaurative Lösungen für gegenwärtige und zukünftige Herausforderungen finden, radikal zu verändern.
Im Folgenden finden Sie einige Fallstudien, wie biomimetisches Design die gebaute Umwelt beeinflusst hat.
Biomimikry in der gebauten Umwelt
Selbstreinigende Oberflächen
Ein einfaches, aber vielseitiges Beispiel für Biomimikry findet sich in der Nachahmung von Lotusblättern, um wasser- und schmutzabweisende Materialien herzustellen. Lotusblätter haben hydrophobe mikroskalige Unebenheiten, die aus Epikutikularwachs bestehen, das auf der Oberfläche vieler Pflanzen zu finden ist, und die ihnen eine aufgeraute Oberfläche verleihen. Dadurch wird verhindert, dass Wasser an der Oberfläche haftet, was die Kohäsion fördert, die zur Bildung großer Wassertröpfchen notwendig ist. Da die Schwerkraft die Tropfen dazu zwingt, vom Blatt abzurollen, nehmen sie Staub und andere Partikel auf und reinigen so die Oberfläche der Pflanze.
Die faszinierenden wasserdichten und selbstreinigenden Eigenschaften des Lotusblatts haben zur Entwicklung von strukturierten Oberflächen wie Glas, Lackierungen und Kunststoffen geführt. Diese Materialien haben verschiedene Einsatzmöglichkeiten. Sie können Wasser und Chemikalien eliminieren, die für die Reinigung von Gebäudetextilien benötigt werden, die Straßen bei nassem Wetter sicherer machen und den Windwiderstand auf Windschutzscheiben reduzieren, um kraftstoffsparendere Fahrzeuge zu schaffen.
Wind Energie
John Dabiri, ein Forscher am Caltech, untersuchte die Bewegung von Fischschwärmen, um kompaktere und effizientere Windturbinen zu schaffen. Er fand heraus, dass beim Schwimmen der Fische, die von den vorderen Fischen ausgestoßene Energie den Luftwiderstand für die hinter ihnen befindlichen Fische reduziert. Die durch die Flossenbewegungen erzeugten Gegenkräfte (in der obigen Grafik in blau und rot dargestellt) reduzierten die vom Schwarm zum Schwimmen benötigte Energie erheblich.
Die Windturbinen von Dabiri haben eine vertikale Achse, so dass sie, wie der Fischschwarm, Windenergie aus jeder Richtung einfangen können – auch von anderen Turbinen. Die Anlagen, die in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind, sind strategisch nebeneinander platziert, so dass die entgegengesetzten Windströmungen den Luftwiderstand der Turbinen verringern und so ihre Effizienz maximieren. Diese Einheiten sind zehn Meter hoch und können in einem Abstand von etwa fünf Metern aufgestellt werden, während Standard-Windturbinen einen Abstand von zwanzig Durchmessern benötigen. Bei den größten derzeit im Einsatz befindlichen Windturbinen kann dieser Abstand mehr als eine Meile betragen.
Temperaturregelung
Source: National Geographic
Der Architekt Mick Pearce hat die selbstkühlenden Eigenschaften von Termitenhügeln nachempfunden, um Simbabwes größtes Büro- und Einzelhandelsgebäude, das Eastgate Centre, zu entwerfen . Dieses Gebäude verfügt nicht über traditionelle Heiz- oder Kühlsysteme, sondern nutzt eine Reihe von Lufttunneln, um seine Temperatur das ganze Jahr über auf natürliche Weise zu regulieren.
Pearce verwendete Ziegel und Beton für die Konstruktion des Gebäudes. Wie der Boden in Termitenhügeln haben diese Materialien eine hohe thermische Masse, was bedeutet, dass sie viel Wärme bei minimalen Temperaturveränderungen aufnehmen können. Termitenhügel sind außerdem porös, so dass die Luft ungehindert durch die Struktur strömen kann, wenn die Temperatur der Umgebungsluft schwankt. An der Basis des Eastgate Centre befinden sich Ventilatoren mit geringer Leistung, die nachts kühle Luft ansaugen und diese im Gebäude verteilen, wodurch der Beton gekühlt wird und die Luft zirkuliert. Morgens steigt die warme Luft nach oben und wird über die Schornsteine abgeführt.
Das Eastgate Centre verbraucht weniger als 10 Prozent der Energie, die andere Gebäude dieser Größe verbrauchen, und hält dabei eine Innentemperatur von etwa 28 °C am Tag und 14 °C in der Nacht.
Grenzenloses Potenzial
Biomimetisches Denken hat alles beeinflusst, von Infrastruktur und Bauwesen bis hin zu politischen Systemen und sozialen Netzwerken. Diese Beispiele zeigen nur einen Bruchteil der Vielseitigkeit der Biomimikry und ihrer Fähigkeit, kreative Strategien und Designs zu stimulieren. Sie sind der Beweis dafür, dass wir, wie die Natur, unsere innovativen Praktiken weiterentwickeln können, um effizientere und widerstandsfähigere Gemeinschaften zu schaffen.
Das Management von Abfallströmen ist ein wesentlicher Teil dieses Übergangs. Abfall existiert in der Natur nicht – die Nebenprodukte einer Spezies werden zu Ressourcen für eine andere umgewandelt. Halten Sie Ausschau nach einem weiteren Artikel in unseren folgenden Newslettern, der untersucht, wie Biomimikry als Werkzeug für die Gestaltung von Kreislaufwirtschaften eingesetzt wird!