Bioniker: Kakerlaken für die Marsmission

Technischer Fortschritt beginnt zuweilen im Urlaub. Antonia B. Kesel musste in die Normandie fahren, um einige Jahre später ein Patent anmelden zu können. Am Strand fand die Professorin für technische Biologie und Bionik zufällig einen toten Katzenhai. "Der", erzählt Kesel, "hat zwar gestunken, war aber sauber". Ganz anders die angeschwemmten Flaschen: Die waren mit Muscheln und Seepocken bewachsen.

"Was ist der Trick?", fragte sich die Professorin, die damals noch in Saarbrücken lehrte. Nach dem Urlaub analysierte sie mit einem Diplomanden die Struktur der Haihaut: bewegliche Zähnchen mit rillenartiger Oberseite. Daran setzt sich nichts fest. Dann der Geistesblitz: Diese Erfindung der Natur könnte ein Vorbild sein für Schiffsanstriche. Gegen tempobremsenden Seepocken-Bewuchs am Rumpf half früher nur giftige Farbe - giftig für die Anhaftungen, aber auch für die Umwelt. Kesel und ihr Diplomand, mittlerweile nach Bremen gewechselt, entwickelten deshalb eine streichfähige "künstliche Haihaut". "Seit einem Jahr können Sie das Produkt kaufen", sagt die Erfinderin.

Studium für Generalisten

Warum erzählt die 47-Jährige diese Geschichte? Weil Kesel seit 2003 an der (Fach-)"Hochschule Bremen" einen weltweit offenbar einzigartigen Bionik-Studiengang aufgebaut hat und weil die Sache mit dem Hai am besten erklärt, was Bionik heißt: in Kesels Worten die "Analyse der Errungenschaften der biologischen Evolution" und ihre Übertragung auf technische Anwendungen. Kurz: Lernen von der Natur.

Der Studiengang mit Bachelor-Abschluss ist laut Kesel einmalig, weil er Bionik als eigenständiges Hauptfach, nicht nur als Beigabe etwa zu Biologie anbietet. Nur das anschließende Master-Studium hat inzwischen Konkurrenz bekommen: an der Fachhochschule Kärnten. Die Bremer Bachelor-Ausbildung ist so beliebt, dass zu jedem Wintersemester fast 300 Bewerber um die gerade mal 27 Studienplätze konkurrieren.

Gute Abi-Noten sind also gefragt, zuletzt 1,3. "Abstraktes Denkvermögen kann auch nicht schaden", sagt die Studiengang-Leiterin. Eine weitere Voraussetzung: Kommunikationsfähigkeit. "Denn Bionik macht man nie allein", sagt Kesel. "Wir bilden Generalisten aus, und die müssen mit Spezialisten kommunizieren können" - mit Elektronikern oder Maschinenbauern.

Aber erstmal ist Grundlagenwissen nötig: Biologie, Chemie, Physik, Mathematik, Informatik. "Im ersten Semester bringen wir alle mehr oder weniger auf ein gemeinsames Level." Wer die Überlebenstricks von Tieren oder Pflanzen entschlüsseln will, muss sich auskennen in der Natur. Etwa mit der Libelle. "Die sagt Ihnen ja nicht freiwillig was", meint Kesel. Deshalb setzen sich die Studienanfänger ans Mikroskopieren, Präparieren, Fotografieren. Und zeichnen sie sogar ab. "So lernen sie, richtig hinzugucken und das System zu verstehen."

Am Ende sagt einem das Insekt dann doch etwas. Von der Libelle lernen, heißt für Kesel: "Hochkomplexe Verbundwerkstoffe" so sparsam wie möglich dort einsetzen, wo "hohe Strukturfestigkeit" nötig ist. Wofür das gut ist? Für ultraleichte Tragflächen.

Im Vertiefungsstudium geht es mit Forschungsprojekten und drei Schwerpunkten weiter: Werkstoffe, Konstruktion und "Lokomotion". Nein, hier werden keine Loks gebaut, sondern Bewegungsabläufe untersucht, um schnittigere Autos, Flieger oder Schiffe konstruieren zu können - ein Schwerpunkt auch im anschließenden Masterstudium.

Als Anschauungsobjekt muss auch die Forelle herhalten. Fotos mit Hochgeschwindigkeitskameras zeigen, wie sich der Fisch im Testkanal bewegt. Lasertechnik macht die Strömung sichtbar. "Wir wissen, wie es hinter dem Fisch aussehen muss", sagt Kesel. Aber beim Einsatz von Kunstfischen "erreichen wir noch nicht das gleiche Abflussmuster".

Auch Heuschrecken oder Kakerlaken gehören zum Inventar - allerdings aufgespießt. Ihre "aerodynamische Performance" wird in einem der beiden Windkanäle getestet, die in Kesels "Wunderkammer" stehen. Bei den Kakerlaken interessiert vor allem deren Fähigkeit, einen Sturz abzufangen - vielleicht eine Inspiration für den Bau von Marssonden.

Spinnen klettern mit Härchen

Auch Spinnen seien nicht zu verachten: wegen ihres "klebstofffreien Haftvermögens". Die Forscher wissen, warum einige Spinnenarten auch ohne Haftsekret an Wänden hochkriechen können: Oberflächen sind nie völlig glatt, sondern bestehen aus "Mikrogebirgen"; und einige Arten besitzen feine Härchen, die sich in die Täler schmiegen.

Aber noch fehlt die Idee, wie sich dies in ein Produkt umsetzen lässt - etwa, um Bilder klebstoffrestefrei aufzuhängen. Wesentlich weiter ist ein anderes Projekt gediehen. Für eine bekannte Heimwerkerfirma entwickeln die Bremer Wissenschaftler und ihre Studierenden gerade einen Dübel, der auch in Leichtbauwänden mit Wabenstruktur hält.

Die Natur hat dieses Problem längst gelöst: Zecken und andere Parasiten verankern sich mühelos in hauchdünnem Material, ohne es zu zerstören. Welche Lehre die Bioniker daraus ziehen, lässt Professorin Kesel noch offen.

Der Dübel ist ein typisches Beispiel für einen der beiden Bionik-Forschungswege: Da kommt eine Firma mit einem Problem, und die Wissenschaftler suchen nach einer Lösung. Ihr Suchfeld: 20 Millionen Tiere, Pflanzen und Pilze. "Es ist eine ziemliche Herausforderung, den richtigen Organismus zu finden", sagt Kesel.