Naturprodukte aus der Fabrik

Nachahmungen aus der Natur, die der Mensch künstlich herstellt

Lotusblatt

Der Mensch hatte schon vor sehr langer Zeit die Idee, sich Designs und Funktionsweisen aus der Natur abzugucken und damit das eigene Leben sicherer, komfortabler oder anderweitig besser zu machen. Leonardo da Vinci übertrug bereits Lösungen aus der Natur auf technische Konstruktionen. Inzwischen finden solche Nachahmungen im Sinne der Bionik oder auch Biomimikry in weitaus umfassenderen Maßen statt.

Der Begriff Bionik (auch Biomimikry, Biomimetik oder Biomimese genannt) setzt sich zusammen aus „Biologie“ und „Technik“ und bezeichnet den Vorgang, Lösungen aus der belebten Natur für die verschiedensten Probleme und Herausforderungen in den menschengemachten, technischen Bereich zu übertragen. Auf diese Weise kann der Mensch die naturgegebenen Lösungen für seine Zwecke nutzbar machen.

Dabei folgt sie der Annahme, dass die Natur im Zuge der fortwährenden Evolution ihre Strukturen und Prozesse optimiert, von denen der Mensch lernen kann. Allerdings geht es nicht nur darum, die Mechanismen und Ausgestaltungen aus der Natur zu kopieren.

Da Vinci und der Traum vom Fliegen

Schon in den Anfängen der Bionik hat sich gezeigt, dass das allein nicht immer ausreicht, um zu dem gewünschten Ergebnis zu kommen. Das Beispiel schlechthin ist die Fluggeschichte.

Der multitalentierte Leonardo da Vinci (1452-1519) gilt als der erste Wissenschaftler, der seine Umwelt genau beobachtete und daraus technische Erfindungen ableitete. Er untersuchte den Vogelflug und entwickelte immer wieder neue Geräte und Konstruktionen, mit denen es auch dem Menschen möglich sein sollte, zu fliegen.

Doch keine seiner Erfindungen konnte den Traum vom Fliegen verwirklichen. Da Vinci war dennoch der erste Bioniker und legte damit den Grundstein für ein neues naturwissenschaftliches Gebiet. Anfangs ging es vor allem darum, die Natur nachzuahmen. Heute befasst sich die Bionik mehr damit, in der Natur Detaillösungen für spezifische technische Herausforderungen zu finden.

Gerätschaften und Mechanismen aus der Natur

Es gibt eine ganze Reihe an Gerätschaften und Mechanismen, die in ihrer Form und Funktionsweise Nachahmungen aus der Natur darstellen, die hier nicht alle genannt werden sollen. Stattdessen werden einige Beispiele angebracht, um die vielfältigen Möglichkeiten der Bionik deutlich zu machen.

Klettverschluss

Bei einem Klettverschluss gibt es immer zwei Streifen von gewebten Chemiefasern, wovon die eine mit kleinen Schlaufen und die andere mit flexiblen Widerhäkchen versehen ist. Zusammengepresst ergeben sie einen belastbaren, aber reversiblen Schnellverschluss, der nahezu beliebig oft verwendet werden kann. Abgeschaut hat sich der Mensch das System von den Früchten der Klettdistel, die sich mit ihren Widerhäkchen bei Kontakt in Tierfell und Textilien verfangen. Die Häkchen bleiben nach dem Entfernen intakt.

Schwimmflossen

Eine Taucherausrüstung ohne Schwimmflossen ist undenkbar. Sie bestehen aus einem Fußfach und einem damit fest verbundenen Flossenblatt, wodurch sich die Fläche der Füße vergrößert. Das hat zur Folge, dass die einzelnen Schwimmbewegungen effizienter sind, weil sich die Übertragung der Muskelkraft auf das Wasser verbessert.

Schwimmhäute sind außerdem elastisch, sodass sich bei Bewegungen entgegen der Schwimmrichtung die Fläche verkleinert, um einen möglichst niedrigen Wasserwiderstand zu erreichen. Diese Funktionsweise wurde bei den Schwimmhäuten festgestellt, wie sie zum Beispiel Frösche, Biber und Wasservögel zwischen ihren Zehen und Fingern haben.

Zangen

Form und Funktion von Greif- und Schneidezangen gehen auf die Scheren von Krebsen und Krabben zurück, die damit ihre Beute fangen. Hartschalige Beute wie Muscheln können sie mit ihren Scheren aufbrechen.

Die Kombinationszange, mit der man Dinge greifen, schneiden und verbiegen kann, ist von ihrer Form her dem Oberkiefer des Ameisenlöwen, der Larve der Ameisenjungfer, nachempfunden. Diese sogenannten Mandibeln sind gekrümmt und mit Zähnen versetzt – und ebenso multifunktional. Der Ameisenlöwe kann damit schaufeln, Beute festklammern, sie anstechen und aussaugen.

Sonografiegeräte

In der Medizin nutzt man Ultraschall, um mit Sonografiegeräten Bilder von inneren Organen zu erzeugen. In der Natur dient Ultraschall Spitzmäuse, Fledermäusen und einigen anderen Tieren zur Orientierung.

Sie senden Schallwellen als Peilrufe aus und wissen durch den zurückkehrenden Schall, in welcher Entfernung sich ein Hindernis, Nahrung oder ein anderes Tier befindet. Delfine und Wale nutzen den Ultraschall zur Kommunikation mit ihren Artgenossen.

Selbstschärfende Industriemesser

Stahlmesser werden nach einiger Zeit stumpf und müssen geschärft werden. Gerade bei Maschinen bedeutet das einen großen Aufwand, da die Messerteile ausgebaut und nach dem Schärfen wieder eingebaut werden müssen.

Die Lösung des Problems sind selbstschärfende Messer, ähnlich den Zähnen von Nagetieren – auch diese bleiben immer scharf. Das liegt daran, dass die Zähne aus unterschiedlich harten Materialien bestehen, die sich unterschiedlich stark abnutzen: Wenn das weichere, äußere Material verschwindet, kommt das härtere, innere Material zum Vorschein.

Chemisch hergestellte Fasern

Der Mensch hat früh begonnen, natürliche Fasern für sich zu nutzen. Diese Fasern stammen entweder aus pflanzlichen oder tierischen Rohstoffen, die dann mit speziellen Verfahren weiterverarbeitet und nutzbar gemacht werden. Aus den entstandenen Fasern werden wiederum Stoffe für Kleidung und andere Textilien hergestellt.

Pflanzliche Fasern:

  • Baumwolle
  • Leinen
  • Hanf
  • Ramie
  • Sisal
  • Jute
  • Kokos
  • Abaka (Manilahanf)

Tierische Fasern:

  • Wolle von Schafen, Kamelen, Alpakas und Lamas
  • Seide aus den Kokonfäden der Seidenspinnerraupe
  • Kaschmir aus den Haaren der Kaschmirziege
  • Mohair aus den Haaren der Angoraziege
  • Angora aus den Haaren des Angorakaninchens

Neben diesen natürlichen Fasern, von denen es noch zahlreiche mehr gibt, nutzt der Mensch heute auch eine ganze Reihe an Chemie- beziehungsweise Kunstfasern, sozusagen als menschengemachte Kopie der Rohstoffe aus der Natur.

Bereits im 17. Jahrhundert begann man damit, das Rohmaterial, das zu Textilstoffen verarbeitet wird, künstlich herzustellen. Wirklich bedeutsam wurden chemische Fasern aber erst im 20. Jahrhundert, zu Beginn des Ersten Weltkrieges: Man konnte kaum noch Baumwolle importieren und musste auf heimische Erzeugnisse zurückgreifen, die wiederum nicht den Bedarf decken konnten. Daher behalf man sich mit Kunstfasern.

Fasern aus natürlichen oder synthetischen Polymeren

Die ersten Kunstfasern wurden aus Zellulose hergestellt, also aus dem Zellstoff verschiedener Baumarten. Man spricht auch von natürlichen Polymeren. Heute sind sie aus der Textilindustrie nicht mehr wegzudenken.

Die wohl bekannteste Zellulose-Kunstfaser ist Viskose, auch wenn kaum einer weiß, was genau es damit auf sich hat. Sie ist deswegen so beliebt, weil sie viele positive Eigenschaften natürlicher Stoffe hat: Viskose ist zugleich optisch edel, hautfreundlich und hat einen kühlenden Effekt. Aus diesem Grund wird Viskose vor allem für luftige Sommerkleidung und für Brautmode genutzt. Weitere Kunstfasern aus Zellulose sind: Modal, Acetat, Triacetat und Cupro.

Kunstfasern werden auch aus synthetischen Polymeren gewonnen. Dazu werden die Grundstoffe Kohle, Erdöl und Erdgas und in chemischen Prozessen zu Faser umgewandelt, etwa zu Polyester. Diese Faser ist vielseitig einsetzbar und daher die meistproduzierte synthetische Faser. Das Material ist leicht und elastisch, aber auch reißfest und strapazierfähig. Ähnliche Eigenschaften hat Elasthan, das sich vor allem durch seine extrem hohe Elastizität und Dehnbarkeit auszeichnet. Weitere Beispiele für Fasern aus synthetischen Polymeren sind: Polyamid, Acryl und Polypropylen.

Nahrungsmittel aus dem Labor

Die Nachahmung der Natur hat längst auch in der Lebensmittelindustrie Einzug gehalten. Schon seit einigen Jahren arbeiten Forscher daran, synthetisches Fleisch zu erzeugen. Das geschieht über Stammzellen, die sich zu Muskelzellen ausbilden. Diese werden mit schwachen Elektroschocks zu Muskelgewebe trainiert. Doch es gibt noch weitere Lebensmittel, die künstlich hergestellt oder mit synthetischen Stoffen angereichert werden.

Gentechnisch veränderte Lebensmittel

Pflanzen und auch manche Tierarten, die zum menschlichen Verzehr bestimmt sind, werden gentechnisch verändert, damit sie keine Rückstände von Pestiziden enthalten und gleichzeitig große Erträge erzeugt beziehungsweise Bestände gezüchtet werden.

Die veränderte DNA trotzt Schädlingen und heftigen Wettersituationen, ist aber nach Meinung einiger Forscher schädlich für die Gesundheit der Konsumenten. Eine Ausnahme scheint Gen-Mais zu sein, der gemäß den Forschungsergebnissen sogar gesünder sein soll als die klassische Variante.

Analog-Käse

Mit richtigem Käse hat Analog-Käse im Grunde nichts mehr zu tun. Es handelt sich um ein Käse-Imitat, das hauptsächlich oder zum größten Teil aus billigem Pflanzenfett, seltener aus tierischem Fett besteht statt aus Milch. Das Fett wird erwärmt und mit einer Trockenmischung aus Milcheiweiß, Wasser sowie Zusatzstoffen und Emulgatoren vermischt.

Der Kunstkäse reift also nicht wie natürlicher Käse, sondern wird chemisch hergestellt. Er wird vor allem in der Gastronomie und in Bäckereien verwendet. Besonders häufig findet sich der Analog-Käse auf Pizzen, Fertiglasagne und Käsebrötchen.

Aromen

Neben den natürlichen Aromastoffen, die durch physikalische, enzymatische oder mikrobiologische Verfahren gewonnen werden, gibt es auch eine ganze Reihe an synthetischen Aromastoffen. Dabei handelt es sich um chemische Stoffe mit Aromaeigenschaften, während bei natürlichen Aromen die Ausgangsstoffe wie auch die Herstellungsverfahren natürlich sind.

Synthetische Aromen sind entweder naturidentische Aromastoffe, die in ihrer Molekularstruktur einem Vorbild in der Natur entsprechen, oder künstliche Aromastoffe, die ohne natürliche Vorbilder einen Geschmack oder Geruch synthetisch erzeugen, einen sogenannten Lebensmittelzusatzstoff. Vor allem bei Tiefkühlware, Jogurt und Fertiggerichte werden die natürlichen Zutaten durch kostengünstige Aromen ersetzt, nicht selten vollkommen synthetische.

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