„Lerne von den Profis. Die Natur Macht’s dir vor.“

Algen, Seepocken und Muscheln klingen harmlos. Sie zählen aber zu den größten Problemen der Seeschifffahrt. Denn sie bewachsen Schiffsrümpfe und sorgen für größeren Strömungswiderstand und eine rasante Erhöhung des Treibstoffverbrauchs. Stefanie hat ein Mittel dagegen. Ausgerechnet der Hai – einer der gefährlichsten Räuber der Erde – hilft ihr im Bionik-Studium bei der Rettung der Natur.

Dem Hai auf den Zahn gefühlt

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Einfach nicht aufhören, neugierig zu sein

An der Hochschule in Bremen hatte Professorin Antonia Kesel vor über zehn Jahren den ersten Studiengang Bionik gestartet: als Schnittstelle zwischen verschiedensten Natur- und Technikwissenschaften. „Bioniker*innen können nicht alles können. Entscheidend ist die Neugier und die Lust auf Kommunikation zwischen den Disziplinen“, sagt die Professorin. „Dann können wir Großes bewegen.“

„Traut euch die Rolle als Schnittstelle zwischen mehreren Disziplinen zu!“

Hai-Noon im Forschungslabor

Stefanie hält eine mit Seepocken behaftete Platte in den Strömungskanal. Hier fließt das Wasser mit 0,7 Metern pro Sekunde.
Laserstrahlen und Mikropartikel machen im Strömungskanal auch kleinste Verwirbelungen sichtbar. Sie geben Aufschluss über die Bremswirkung von Schiffsrümpfen mit organischem Bewuchs.
Stefanie pflegt im Bremer Bionik-Forschungslabor ein gutes Verhältnis zu den Wasserbewohnern: Algen, Fische, Seepocken werden von ihr gehegt und gepflegt.
Seepocken produzieren eine Art natürlichen Zwei-Komponenten-Kleber, mit dem sie sich an allen erdenklichen Oberflächen anhaften. Haben sie sich einmal so „angedockt“, sind sie nur sehr schwer wieder zu lösen.
Auf Oberflächen mit Haihautstruktur gelingt es den Seepocken nicht, ihren Klebstoff so aufzutragen, dass sie dauerhaft Halt finden; dann reicht schon eine leichte Strömung, dass sie „abgewaschen“ werden.
Die Haihaut zeigt unterm Elektronenmikroskop eine komplexe Struktur. Diese besteht aus einzelnen „Zähnen“, sogenannten Dentikeln, deren Oberfläche eine feine Rillenstruktur aufweist. Die Bremer Bionik-Studierenden haben daraus ein Modell gebaut.
Der Hai ist immer dabei: Die Natur liefert für Stefanie die perfekte Vorlage für neue, intelligente Konstruktionsprinzipien. Die bionischen Schiffsanstriche aus Bremen haben das Zeug, die Umwelt maßgeblich zu entlasten.

Studium Bionik

Berufsprofil

Die Bionik ist eine noch sehr junge Wissenschaft mit innovativen Ansätzen. Ihr Ziel ist es, Mechanismen, Funktionen und Prozesse in der Natur auf technische Anwendungen zu übertragen. Das Bionik-Studium (Bachelor, Master und eventuell eine Promotion) ist interdisziplinär angelegt und bietet durch zahlreiche aktuelle Fragestellungen in Forschung und Technik sehr gute Berufsaussichten, zum Beispiel im Bereich der Luftfahrt, in der Kraftfahrzeugindustrie, den Materialwissenschaften oder der Biomedizin.

Voraussetzungen

Verdienstmöglichkeiten

Greening-Potenziale

Bionik ist nicht aus sich heraus nachhaltig. Weil aber die Vorbilder für bionische Produkte im Lauf der Evolution in Richtung Energie- und Materialeinsparung weitgehend optimiert wurden, lassen sich mit der Bionik immer auch viele nachhaltige Mehrwerte schaffen: zum Beispiel, wenn in einem Produkt wie der künstlichen Haihaut verschiedene unterschiedliche Funktionen (Antifouling, Strömungsoptimierung) miteinander verbunden werden oder wenn überflüssiges Material (Antifouling-Gift) einfach weggelassen werden kann.

Mehr Azubis mit grünen Jobs

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Mehr im Meer

Meerwasser ist das pralle Leben. Stefanie hat die Probe aufs Exempel gemacht. Taucht sie eine Fläche ins Nass ein, bildet sich innerhalb von nur einer Stunde ein dünner Film mit Mikroorganismen darauf. Nach nur einer Woche haben es sich bereits die ersten Algen und Seepocken bequem gemacht. Sie können innerhalb weniger Wochen zu einem zentimeterdicken Besatz anwachsen. Für Schiffe heißt es dann: volle Fahrt mit angezogener Handbremse. Dem ist dann nur noch mit Gewalt oder Gift beizukommen.

Kleines Putzwunder

„Solange es bessere Lösungen aus der Natur gibt, lohnt es sich, danach zu forschen.“

Der von Stefanie maßgeblich mitentwickelte giftfreie Antifouling-Anstrich nach dem Vorbild der Haihaut kann für riesige Emissions- und damit Kostenersparnis sorgen – und gleichzeitig die bisher als Antifouling-Anstrich eingesetzten umweltschädigenden Zinn- und Kupferverbindungen überflüssig machen. Solange diese aber noch kostengünstiger sind und der Gesetzgeber nichts dagegen unternimmt, tut sich die künstliche Haihaut noch schwer mit dem Umwelt- und Gewässerschutz. „Wir sind damit unserer Zeit wohl zehn Jahre voraus“, meint Professorin Antonia Kesel. „Aber die Haihaut wird kommen. Hoffentlich eher früher als später.“

Greening-Effekte

Bioniker*innen sind ideale Partner*innen für forschende Ingenieur*innen. Denn sie haben oftmals bereits die Blaupause für eine Innovation in der Natur gefunden. Für die Techniker*innen heißt dies: Sie müssen Funktionsprinzipien nicht neu erfinden und umfangreich austesten, sondern können sie vom natürlichen Vorbild auf ihre technische Neuerung übertragen. Das spart Zeit, Material, Energie und Entwicklungskosten.

#ImGrünenBereich

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Der Natur hinterher

Im Laufe von 3,8 Milliarden Jahren biologischer Evolution hat die Natur eindrucksvoll vorgemacht, wie effiziente und ressourcenschonende Entwicklung vonstattengeht. Anders als in der Technik sind die Lebewesen, die die Evolution hervorgebracht hat, immer multifunktional. Wenn es gelingt, entsprechende technische Lösungen ähnlich komplex wie in der Natur umzusetzen, kann die Bionik spannende Potenziale für Neuerungen schaffen, die von großem Nutzen sind.

Sehen und Verstehen

„Bioniker*innen werden von Unternehmen meist nicht mit Anzeigen in der Zeitung gesucht. Wenn sie aber mal da sind, will man sie nicht mehr missen.“

Die bionische Haihaut im Detail

Das Vorbild

Kopf eines Hai unter Wasser schaut von links ins Bild und ist bis zu den Kiemen zu sehen

Der Hai ist eines der gefürchtetsten Raubtiere der Meere. Es gibt über 500 Arten, die teilweise extrem unterschiedlich sind. Die bis zu 14 Meter langen und zwölf Tonnen schweren Walhaie ernähren sich beispielsweise nur von Plankton. Die Sinnesorgane sind hochentwickelt – die Augen sind 10-mal lichtempfindlicher als die des Menschen und Beute kann schon aus 75 Metern Entfernung gewittert werden. Der Makohai erreicht im Wasser Geschwindigkeiten von bis zu 70 Stundenkilometern – auch wegen seiner durch die Evolution perfektionierten Haut.

So funktioniert’s

Die Haihaut ist rau und mit winzigen kleinen Zähnchen besetzt. Die spitzen Placoidschuppen der Haie verhindern die Anhaftung von Organismen. Sie sind beweglich gelagert und können sich gegen- und übereinander verschieben. So halten sich Haie Parasiten vom Leib. Zugleich haben Haie feine Rillen in den Schuppen, die den Strömungswiderstand im Wasser vermindern, und verhindern, dass sich Seepocken ankleben können. Mithilfe des Bauplans der Haihaut-Zähnchen wurde die künstliche Silikonhaut entwickelt.

Das Ergebnis

Der künstliche Haihaut-Silikonanstrich vermindert den unerwünschten Unterwasserbewuchs um bis zu 70 Prozent. Viele Sportbooteigner*innen haben das neue Produkt bereits erfolgreich getestet, für den Einsatz an riesigen Frachtern wird das Produkt derzeit noch weiterentwickelt. Die „künstliche Haihaut“ kommt auch in anderen Bereichen zum Einsatz – hier vor allem wegen ihren günstigen Strömungseigenschaften. Auch bei Flugzeugen brachte der Testeinsatz der „Haihaut“ eine signifikante Treibstoffersparnis. Es wird ebenfalls an Lacken mit Nanopartikeln, die der Haihaut ähneln, geforscht.

Stalking unter Wasser

Es sind vor allem die Seepocken, die der Schifffahrt das Leben schwer machen. Diese Krebsart neigt zur Sesshaftigkeit und krallt sich mit einer Art natürlichem Zwei-Komponenten-Kleber sehr gerne an Schiffsrümpfen fest. Sie wachsen dort zu betonharten und scharfkantigen Kolonien heran und lassen stark bremsende Strömungswirbel entstehen. Bioniker*innen gestalten die Schiffsoberflächen deswegen so, dass sich die Pocken gar nicht erst ankleben können.