Ingenieur Biene

Wie schaffen es Bienen, den Zellen ihrer Waben eine beinahe kristallin anmutende sechseckige Gestalt zu geben?

150 Forscherteams haben sich an dem Ideenwettbewerb des Bundesforschungsministeriums „Bionik – Innovationen aus der Natur“ beteiligt; jetzt wurden die besten sechs ausgezeichnet. Mit dabei ist die BEEgroup um Jürgen Tautz, Professor an der Uni Würzburg. Gemeinsam mit dem Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und dem Institut für Nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal wollen sie so genannte „Bionische Schwingungserregersysteme“ entwickeln.

Die Frage, wie Bienen es schaffen, den Zellen ihrer Waben eine beinahe kristallin anmutende sechseckige Gestalt zu geben, hat Forscher schon vor mehreren hundert Jahren beschäftigt. Sogar Johannes Kepler und Galileo Galilei haben sich mit diesem Problem befasst und vermutet, Bienen hätten einen mathematischen Verstand. Dass dem nicht so ist, hat vor geraumer Zeit die Würzburger BEEgroup um den Bienenforscher Jürgen Tautz aufgezeigt: „Wir konnten nachweisen, dass eine Kombination aus einem sozusagen intelligenten Werkstoff – dem Wachs – und einem bestimmten Verhalten der Biene für die regelmäßige Struktur der Waben verantwortlich ist“, erklärt Tautz. Denn eigentlich bauen die Bienen ihre Zellen rund; erst wenn ein darauf spezialisiertes Tier das Wachs auf 45 Grad Celsius erwärmt, nimmt der Bau von alleine die regelmäßige sechseckige Struktur an.

Die Entdeckung war für Bienenexperten natürlich eine kleine Sensation; dass sich auch Physiker und Ingenieure dafür begeistern würden, hatten die Mitglieder der BEEgroup allerdings nicht erwartet. Und doch: „Kurz nach der Publikation erhielten wir einen Anruf aus dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik in Braunschweig“, sagt Tautz. Das Würzburger Team habe damit eine Lösung für ein Problem aufgezeigt, dass die Physiker und Ingenieure ebenfalls schon lange beschäftigt habe. Sechsecke kommen in der Industrie überall dort vor, wo ein leichtes und gleichzeitig stabiles Material benötigt wird. Das ist beispielsweise in der Luftfahrt der Fall beim Bau von Flugzeugen; das spielt in der Architektur eine Rolle, wenn es darum geht, erdbebensichere Gebäude zu entwickeln, das ist aber auch für Handyhersteller interessant, die einen möglichst sparsamen Vibrationsalarm in ihre Geräte installieren wollen. Bisher ist die Produktion solcher Waben in der gewünschten Präzision ohne die gefürchteten Mikrorisse schlichtweg nicht möglich.

Abb.: Bienen bauen ihre Zellen rund. Erst wenn ein darauf spezialisiertes Tier das Wachs auf 45 Grad Celsius erwärmt, nimmt der Bau von alleine die regelmäßige sechseckige Struktur an. (Quelle: Helga R. Heilmann)

Da traf es sich gut, dass das Bundesforschungsministerium gerade den Ideenwettbewerb „Bionik – Innovationen aus der Natur“ ins Leben gerufen hatte. Sein Ziel ist es, den Erfahrungsschatz der belebten Natur und das sich daraus ergebende hohe Innovationspotenzial für den Menschen nutzbar zu machen. Der Wettbewerb sollte „die Entwicklung von Ideen aus der interdisziplinären Zusammenarbeit und der Kreativität von Naturwissenschaftlern und Ingenieuren anstoßen“, wie es in den Ausschreibungsunterlagen heißt.

Die Koordination des neuen Bionik-Projekts liegt bei Jörg Melcher vom DLR. Würzburg betreibt die Grundlagenforschung an der Wabe und in Braunschweig und Clausthal synthetisieren die Physiker und Ingenieure piezokeramisches Material mit den gewünschten Eigenschaften. Gesucht ist eine „lebendige Struktur, die sich verändernden Gegebenheiten anpassen kann“, sagt Tautz, ein Stoff, der beispielsweise unabhängig davon, ob er kalt oder warm ist, seine Eigenschaften unverändert behält. Eine Substanz, die nicht nur Schwingungen dämpfen, sondern – wie im Bienenstock – beispielsweise auch Schwingungen gezielt weiterleiten kann, wenn dies gewünscht ist.

Die Verwertung wird angestrebt in der Kommunikations- und Medizintechnik, in der Robotik und Raumfahrt, in der optischen Industrie, im Maschinen- und Anlagenbau und in der Verkehrstechnik - im Prinzip überall dort, wo Schwingungen auftreten, die entweder zu bestimmten Zwecken genutzt oder möglichst unterdrückt werden sollen. Nach solchen Materialien suchen die Biologen und Techniker nun - unterstützt mit dem Preisgeld aus dem Wettbewerb des Bundesforschungsministeriums, das für die sechs Gewinner insgesamt drei Millionen Euro beträgt.

Quelle: Uni Würzburg

Weitere Infos:

• BEEgroup vom Biozentrum der Universität Würzburg:
  http://www.bienenforschung.biozentrum.uni-wuerzburg.de
• Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR):
  http://www.dlr.de/fa/
• Institut für Nichtmetallische Werkstoffe der TU Clausthal:
  http://www.naw.tu-clausthal.de