Vom Drachenbaum zum Werkstoff

Drachenbäume als Ideengeber für den Leichtbau: Ein Forscher­team der Uni Frei­burg und des Karls­ruher Instituts für Techno­logie hat die Grund­lagen dafür erar­beitet, tech­nische Faser­ver­bund­ver­zwei­gungen nach dem Vor­bild von Ast-Stamm-Anbin­dungen zu ent­werfen. Mit­hilfe von hoch­auflösenden Magnet­resonanz-Bild­gebungs­ver­fahren ist es den Wissen­schaft­lern dabei erst­mals gelungen, am lebenden Drachen­baum zu beob­achten, wie sich das pflanz­liche Gewebe bei Belastung ver­schiebt. Tech­nische Faser­ver­bund­ver­zwei­gungen, die sich ähn­lich ver­halten wie das natür­liche Vor­bild, könnten künftig zum Beispiel in archi­tekto­nischen Trag­werken, Fahr­rad­rahmen oder in Auto­karos­serien zum Ein­satz kommen.

Für seine Untersuchung hat das Team einen neuartigen Ver­suchs­auf­bau ent­wickelt. Die Bio­login Linnea Hesse und der Medizin­physiker Jochen Leipold bildeten zunächst mit­hilfe eines Magnet­resonanz­tomo­graphen das Innere von Stamm und Ast eines Drachen­baums im unbe­lasteten Zustand ab. An­schließend belas­teten sie den Ast, indem sie ihn mittels eines mecha­nischen, von außer­halb des MRT gesteu­erten Arms ver­bogen, und bildeten die inneren Struk­turen der Pflanze erneut ab. Aus beiden Bilder­sätzen er­stell­ten die Wissen­schaftler drei­dimen­sionale Computer­modelle. Anhand dieser konnten sie ver­gleichen, wie sich das Gewebe, das eine Pflanze stabi­lisiert, verhält und wie es sich bei Belas­tung ver­schiebt: einer­seits die Leit­bündel, die Stoffe und Flüssig­keiten inner­halb von Pflanzen trans­por­tieren, und anderer­seits die Faser­kappen, die diese Leit­bündel um­geben und festigen.

Dabei betrachteten die Wissenschaftler sowohl die gesamte Ast-Stamm-Anbin­dung als auch einzelne Leit­bündel, um Verän­derungen vom unbe­lasteten zum belasteten Zustand möglichst genau zu er­­gründen. Je nach ihrer Lage in der Ver­zweigung werden die Bündel und die Kappen teil­weise längs gedehnt und können so Zug­lasten auf­nehmen oder auch quer gegen das um­liegende Gewebe gedrückt, um Druck­kräfte abzu­dämpfen. Auf dieser Basis ist es nun möglich, die wissen­schaft­lichen Erkennt­nisse in tech­nische Faser­ver­bund­ver­zwei­gungen zu über­tragen – mit dem Ziel, sowohl leichte als auch stabile Werk­stoffe mit­hilfe des natür­lichen Vor­bilds noch weiter zu verbessern.

ALU / RK