Bionik im Bauwesen

Während der Olympischen Spiele 2008 stand das „Vogelnest“ in Peking im Blickfeld der Weltöffentlichkeit. Seinen Spitznamen hat das gigantische Nationalstadion erhalten, weil es mit der verwobenen Stahlkonstruktion einem richtigen Nest ähnelt. Doch mit dem bionischen Bauen, bei dem Naturwissenschaftler und Ingenieure Konstruktionen aus der belebten Natur als Vorbild für ihre Bauwerke nehmen, hat ein solches Konstrukt nichts zu tun. Die Baubionik ist eine noch junge Entwicklung in der Architektur, die In den letzten Jahren von der Öffentlichkeit einen enormen Aufschwung vor allem auf Expertenebene erfahren hat. Aber nicht überall wo Bionik draufsteht, ist auch Bionik drin! Nicht selten neigen Architekten und Ingenieure dazu, gestalterisch wahrnehmbare Naturformen mit bionischen Prinzipien zu vergleichen.

Aber auch im Tier- und Pflanzenreich haben auch extreme Leichtbauten von geradezu unglaublicher Stabilität hervorgebracht. Leichtbau ist gerade in Zeiten knapper Energieressourcen die Lösung zahlreicher Probleme. In der Natur ist er weit verbreitet, Tragwerke wie Pflanzenstiele oder auch Insekten- und Schmetterlingsflügel sind materialminimiert bei optimiertem Kraftfluss. Die Natur hat sich die Zeit genommen, die wir nicht haben und Erfahrungen in beweglichen Konstruktionen und Leichtbau über Jahrtausende gesammelt.

Die Prinzipien des Leichtbaus hat unter anderem die aus Südamerika stammende Riesen-Seerose, Victoria Amazonica, perfektioniert. Ihre Blätter können Gewichte von bis zu 60 kg tragen. Die Verzweigungsstrukturen dieser Blätter sind ein sehr gutes Beispiel dafür, wie mit einem Minimum an Materialaufwand ein Maximum an Stabilität zu erreichen ist. Materialien für Versteifungen werden nur dort eingesetzt, wo sie zwingend notwendig sind.

Intelligente Bauwerke reagieren auf die Umwelt

Die meisten Bauwerke sind überwiegend statisch und passiv, das heißt, sie können ihr Tragverhalten nicht situationsabhängig ändern. Fernziel der Baubioniker sind jedoch intelligente, aktive Tragwerke, die während ihrer gesamten Lebensdauer den Umwelteinflüssen und Belastungen Rechnung tragen können. Heutige Brücken zum Beispiel sind auf permanente Maximallast ausgelegt, was mit hohem Materialverschleiß einhergeht. Intelligente Brücken dagegen könnten sich der jeweiligen Situation anpassen. In Phasen minimaler Belastung entspannen sie und verstärken ihren Versteifungszustand nur, wenn sie belastet werden (z.B. wenn ein Zug vorbeifährt). Seilgestützte Brücken könnten bei einer auftretenden Belastung die Länge ihrer Trageseile mit Hilfe computergesteuerter Pressen automatisch den jeweiligen Kräften anpassen. Je kürzer die Seile, desto höher Stabilität und Leistungsfähigkeit der Brücke. Entfernt sich der Zug wieder, entspannen die Seile, was den Materialverschleiß drastisch senkt. Im Umkehrschluss sind damit auch größere, leistungsfähigere Bauwerke denkbar (also auch Brücken größerer Spannweiten).