Bionik: Was wir von Eidechsen und Spinnen lernen können

Eine Eidechse, die im Sand schwimmen kann? Eine Spinne, die Dünen hinaufrollen kann? Klingt unglaublich, oder? Der Forscher Ingo Rechenberg hat in der Sahara-Wüste Tiere entdeckt, die genau das können. Er erforscht ihre Fähigkeiten, um technische Geräte zu verbessern. Wenn Professor Rechenberg nicht gerade in der Sahara forscht, arbeitet er an der Technischen Universität Berlin. Dort hat TK-Logo ihn besucht und zu seiner Arbeit befragt.

 

Professor Ingo Rechenberg mit einer Radler-Spinne auf der Hand.Professor Ingo Rechenberg mit einer Radler-Spinne. © TU Berlin/RechenbergWas hat einen Körper in der Mitte und zwei Flügel an den Seiten? Ein Vogel? Stimmt. Aber auch "Flugzeug" wäre eine richtige Antwort gewesen. Die Ähnlichkeit zwischen dem Tier und der Maschine ist kein Zufall. "Das Flugzeug ist ein gutes Beispiel für die Bionik", sagt Ingo Rechenberg.

Als Bionik-Forscher sucht Rechenberg in der Natur nach Vorbildern für technische Erfindungen. Schon als Jugendlicher hat er sich dafür interessiert: "Mit 13 Jahren hab ich angefangen, Modellflugzeuge zu bauen. Da war der Vogel immer das Vorbild", erinnert sich Rechenberg. Später studierte er Flugzeugbau. Seit vielen Jahren forscht der 70-Jährige nun schon in der Bionik. Er hat sich mit der Frage beschäftigt, was Flugzeugbauer sich von großen Vögeln abgucken können. Ein Beispiel dafür siehst Du in der Fotoreihe.

 

Ein Beispiel für Bionik

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RaubvogelDas Beispiel Schritt für Schritt  

 

Die schwimmende Echse

"In unserer heutigen Technik geht es immer darum, Energie zu sparen", erklärt Rechenberg. Um auf neue Ideen zu kommen, wie man Energie sparen kann, fuhr er nach Nordafrika in die Sahara-Wüste. Denn an besonders heißen oder kalten Orten können Tiere nur überleben, wenn sie sich gut an die Natur anpassen. Sie müssen richtig schlaue Techniken entwickeln, um ohne große Anstrengung Nahrung zu finden und sich vor Feinden zu schützen.

 

SandfischMit seiner besonderen Schuppenhaut kann der Sandfisch gut durch Sand gleiten. © icomediasDer Sandfisch ist dafür ein gutes Beispiel. Professor Rechenberg hat das Tier gründlich unter die Lupe genommen. "Der Sandfisch ist kein Fisch, sondern eine Eidechse", stellt er klar. Warum also der komische Name? Ganz einfach: Der Sandfisch kann sich in den Dünen bewegen wie ein Fisch im Wasser. Er schwimmt sozusagen durch den Sand, zum Beispiel, wenn er flüchten muss oder wenn es ihm an der Oberfläche zu heiß wird.

 

Rechenberg hatte sich gefragt, wie der Sandfisch das anstellt. Seine Vermutung: Irgendetwas an der Haut der Eidechse muss besonders sein, damit sie so gut durch den Sand gleiten kann. Dann machte sich Rechenberg daran, dem Rätsel des Sandfisches auf die Spur zu kommen ...

 

Am Anfang steht eine Vermutung

"Wenn man forscht, läuft es immer so: Man hat eine Vermutung, wie etwas funktioniert. Und dann guckt man es sich an", erklärt Rechenberg die Arbeit eines Wissenschaftlers. Der Forscher musste also herausfinden, ob seine Vermutung richtig war, dass die Echsenhaut den Sandfisch zum Schwimmen befähigt. "Wir haben uns die Schuppenhaut des Sandfisches unter dem Mikroskop angesehen und etwas Merkwürdiges entdeckt: Die Schuppen haben ganz feine Schwellen", erzählt Rechenberg. In groß kannst Du Dir sie vorstellen wie Schwellen in einer Tempo-30-Zone. Bei den Sandfischen sind diese Erhöhungen aber so winzig, dass man sie nur unter dem Mikroskop sehen kann.

Doch warum sind diese Minischwellen auf der Echsenhaut so wichtig? Um das zu beantworten, erklärt Rechenberg zunächst, wie ein Wüsten-Sandkorn aussieht: "Wenn ich mir unter dem Mikroskop ein Sandkorn aus der Wüste ansehe, dann sieht das nicht aus wie ein glatter Stein. Sondern es ist mit vielen winzigen Mineralteilchen bepudert", erklärt Rechenberg. Du kannst Dir das vorstellen wie ein Brötchen, das rundherum mit Mohnkörnern übersät ist. Normalerweise würden diese Körner auf der Haut des Sandfisches kratzen und einen Widerstand erzeugen, wenn er sich durch den Sand schlängelt. Das wäre sehr anstrengend für den Sandfisch und er würde langsamer voran kommen.

 

Schuppenhaut mit Bürsten

Rechenberg hat aber Folgendes entdeckt: "Wenn das Sandkorn über die Schwellen gleitet, werden die Mineralteilchen abgebürstet." Die Mohnbrötchen werden sozusagen zu normalen Brötchen ohne Körner, wie Du in der Fotoreihe sehen kannst.

 

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Professor Ingo Rechenberg zeigt mit einem Modell die besondere Eigenschaft der Schuppenhaut eines Sandfisches.Die Erklärung Schritt für Schritt  

 

So gleiten die Sandkörner ohne zu reiben über die weitere Haut des Sandfisches. "Wenn man dies verstanden hat, kann man es nachahmen", erklärt Rechenberg den nächsten Schritt seiner Arbeit. Er weiß jetzt, wie die winzigen Schwellen auf der Schuppenhaut der Sandfische aussehen und wofür sie nützlich sind. Mit diesem Wissen können dann zum Beispiel Sandboards hergestellt werden, die perfekt durch den Sand gleiten. Sandboards sind sozusagen Snowboardsfür Sand statt für Schnee.

 

Die rollende Spinne

Radler-SpinneDie Radlerspinne macht eine Rolle vorwärts. © TU Berlin/RechenbergRechenberg hat in der Wüste noch ein anderes Tier entdeckt: eine Spinnenart, die Dünen hinaufrollen kann! "Die Spinne ist mir zufällig vor die Füße gerollt", erzählt Rechenberg. Seinen Zufallsfund hat er Radler-Spinne genannt.


Rechenberg wollte natürlich auch hinter das Geheimnis der Radler-Spinne kommen. Wieder stand am Anfang eine Vermutung: Der Professor nahm an, dass sich die Spinne mit den beiden Vorderbeinen abstößt, um zu rollen. Der Forscher nahm die Spinnen mit einer Kamera auf und beobachtete genau, wie sie sich fortbewegen. Siehe da: Seine Vermutung war falsch. Die Spinne stößt sich nicht mit den Vorderbeinen ab. Stattdessen formt sie ihre Beine zu einem Rad und macht eine Rolle vorwärts. Nach jeder Körperumdrehung fliegt sie mit Schwung bis zu 20 Zentimeter weit. Die zwei Vorderbeine steuern die Richtung.

 

Warum rollt die Radler-Spinne?

Rechenberg forschte weiter. Er wollte wissen, warum sich das Tier in ein Rad verwandelt statt einfach zu laufen. Die Antwort ist verblüffend: "Wenn die Spinne auf ihren acht Beinen krabbelt, schafft sie einen Meter pro Sekunde. Schneller können die Spinnen ihre Muskeln nicht hin- und herbewegen. Wenn sie rollt, ist sie doppelt so schnell, sie schafft dann zwei Meter pro Sekunde", erklärt Rechenberg. Das war also die Lösung: Die Spinne kann auf diese Weise schneller flüchten als wenn sie krabbeln würde. Das vergrößert ihre Überlebenschance.

 

Und was nützt die Erkenntnis?

"Wir fangen jetzt an, eine künstliche Spinne zu bauen, die genau die gleichen Bewegungen macht", erzählt der Professor. Er entwickelt ein Fahrzeug, das auf holprigem Boden krabbeln und auf glattem Boden rollen kann. So ein Fahrzeug könnte sogar dabei helfen, andere Planeten zu erkunden. Zurzeit sind zwei Roboter auf dem Mars unterwegs, um Satellitenbilder an die Erde zu senden. "Diese Fahrzeuge bleiben mit ihren sechs Rädern oft auf unwegsamen Gelände stecken", weiß Professor Rechenberg. Da wäre ein Fahrzeug gut, das auch krabbeln kann. Wie das genau aussieht, kannst Du Dir in dem Film Tabacha und Tabbot von Professor Rechenberg anschauen.