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Kokosnuss und Kieselalge als Blaupause

Kokosnuss und Kieselalge als Blaupause
Foto: lazyllama/shutterstock
An das Innere einer Kokosnuss heranzukommen, kann ganz schön schwierig sein. Forscher haben nun herausgefunden, was genau die Schale der Kokosnuss so stabil macht. Ihre Erkenntnisse könnten für den Bau erdbebensicherer Häuser interessant sein. Und die Natur bietet noch mehr gute Ideen: So stehen winzige Meeresalgen Modell für Autofelgen, medizinische Armschienen oder Fundamente von Windrädern.

Botanisch gehören Kokosnüsse zu den Steinfrüchten, wie auch Kirschen oder Pflaumen. Die etwa fünf Millimeter dicke braune Schale der Kokosnuss, die das weiße Kokosfleisch umgibt, hat nun ein interdisziplinäres deutsches Forscherteam im Rahmen eines großangelegten Bionik-Forschungsprojekts unter Federführung des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen der Universität Stuttgart genauer untersucht. Sie fanden heraus, dass die Zellen dieser Steinschicht besonders dicke Zellwände haben und aus einem Material bestehen, das mechanisch hochbelastbar ist. Außerdem hat die Kokosnuss bei einem Schlag auf die Schale einen Trick auf Lager: Ein entstandener Bruch wird nicht senkrecht ins Innere der Kokosnuss weitergegeben, sondern innerhalb der Schale – quasi um die Kokosnuss herum –geleitet. Auf diese Weise bricht die Schale im besten Fall nicht auseinander. Dabei spielen leiterartige Strukturen offenbar eine wichtige Rolle. Durch die Kombination aus stabilen Strukturen, die große Kräfte absorbieren können und zudem auch sehr leicht sind, könnte die Kokosnuss als Vorbild für neue Materialien für den Bau erdbebensicherer Häuser dienen.

„Das ist ein durchaus interessanter Ansatz “, sagt Christian Hamm, Leiter der Gruppe Bionischer Leichtbau und Funktionelle Morphologie am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Von der Natur können wir uns in Sachen Leichtbau einiges abschauen.“ So lassen sich Hamm und sein Team beispielsweise für den Bau von Autofelgen, Fundamente von Windrädern oder medizinischen Armschienen von den geometrischen Strukturen winziger Meeresalgen, so genannter Kieselalgen, inspirieren. Sie sind kaum einen Zehntelmillimeter groß und besitzen Schalen aus Silikat, einem glasartigen Material. Je nach Kieselalgen-Art – es gibt rund 100.000 verschiedene Arten – können die Schalen rund, oval, dreieckig, viereckig oder auch zylindrisch sein. Es gibt eine unendliche Fülle an Formen, die hochkomplex sind. „Die Schalen bestehen meist aus einer Kombination aus Rippen und wabenförmigen Strukturen, wodurch sie extrem stabil und dabei gleichzeitig sehr leicht sind“, sagt Hamm.

Kieselalgen als Vorbild für Autofelgen. Foto: ELiSE

Mit Hilfe eines speziellen Verfahrens, dem sogenannten Evolutionary Light Structure Engineering (ELiSE), entwickeln Hamm und sein Team Ideen und Konzepte für verschiedenste Anwendungsgebiete. Sie reichen von Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie oder Architektur bis hin zur Medizintechnik. „Die Möglichkeiten sind so vielseitig wie die unterschiedlichen Formen der Kieselalgen selbst“, sagt Hamm. „In der Bionik-Forschung steckt großes Potenzial. Ich hoffe, dass in Zukunft viele hocheffiziente und umweltfreundliche Anwendungen auf den Markt kommen werden.“ Man darf also gespannt sein auf neue Ideen und Entwicklungen – und vielleicht auf erdbebensichere Häuser nach dem Vorbild der Kokosnuss.

26.08.2016, Nicole Silbermann
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17.01.2017