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Biomimicry – frag‘ die Natur

Klimawandel, Trinkwassermangel, Energieversorgung - die Menschheit steht vor großen Herausforderungen. Was tun? Hinschauen und lernen, wie die Natur es macht, meint Arndt Pechstein. Er beschäftigt sich mit einer noch jungen Disziplin: Biomimicry.

  • Leibniz-Gemeinschaft: Was macht jemand, der im Bereich Biomimicry forscht?

Dr. Arndt Pechstein: Er schaut sich ein Problem oder eine Frage an und analysiert, welche Vorschläge die Biologie anzubieten hat. Anders formuliert: Er entwickelt Lösungen, die auf Designs und Prozessen der Natur beruhen.

  • Beispiele?

Jeder kennt den Klettverschluss, der nach dem Vorbild der Klette gestaltet wurde. Oder die Fassadenfarbe, die sich nach Art der Lotus-Blüte selbst reinigt. Weniger bekannt ist der Spinnennetz-Effekt: Um die Zerstörung ihrer Netze durch Vögel zu verhindern, nutzen Spinnen Materialien, die UV-Strahlung reflektieren. Für uns unsichtbar, nehmen Vögel dies als Hindernis wahr. Diesen Effekt kann man sich in Glasfassaden zunutze machen und die millionenfachen Kollisionen von Vögeln mit Glasflächen verhindern. Es geht aber nicht nur um innovative Produkte. Auch Prozesse und ganze Systeme können biologisch inspiriert sein.

  • Wie sieht das dann aus?

Southwest Airlines beispielsweise hat, angelehnt an das Schwarmverhalten von Ameisen, seine Fluglogistik verbessert und spart dadurch Energie und Kosten. In der Schiffskommunikation gibt es Systeme, die auf der Ultraschall-Kommunikation von Delphinen beruhen. Andernorts steht man erst am Anfang: Mangroven-Ökosysteme etwa sind in der Lage, Meerwasser zu entsalzen. Ließe sich das adaptieren, wären wir einen Schritt weiter in Sachen Trinkwasserproblematik. Es ist faszinierend, dass die Natur für alles eine Lösung parat hat, sei es Energie, Transport, Abfall oder Kooperation.

  • Lernen aus der Natur - macht die Bionik nicht etwas ganz Ähnliches?

Die Bionik ist auf technische Lösungen fokussiert. Mit Biomimicry entwickeln wir darüber hinaus auch innovative Organisationsstrukturen oder systemische Lösungen. Hinzu kommt ein starker Umweltaspekt: Es geht uns darum, im Einklang mit der Natur zu denken und zu produzieren. Wir würden also überlegen, ob man den oben genannten Klettverschluss unbedingt immer aus Plastik herstellen muss. Eine große Rolle spielen Kreisläufe: Die Natur produziert keinen überflüssigen Abfall, alles wird wieder neu genutzt. Ein Projekt, das Kaffeesatz nutzt, um Shitake-Pilze darauf zu züchten, die dann wiederum Wirtschaftsgrundlage für Dorfgemeinschaften in Entwicklungsländern sind, wäre in diesem Sinne ebenfalls Biomimicry. Man schaut der Natur in dem Fall das Prinzip des Wirtschaftskreislaufs ab. Das ist nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern lohnt sich auch finanziell.

  • Welche Voraussetzungen muss man mitbringen, um in diesem Bereich zu arbeiten?

Klare Regelungen gibt es nicht. Extrem wichtig sind aber das Verständnis biologischer Systeme und die Fähigkeit, diese zu abstrahieren. Ich selbst bin Biotechnologe und Neurowissenschaftler und habe in den USA ein Aufbaustudium im Fach Biomimicry absolviert. Viele Ingenieure sind dabei, es gibt aber auch Nichtwissenschaftler, etwa Designer oder Architekten. Biomimicry ist vom Grundansatz her multidisziplinär. Wir arbeiten stets in Teams. Und das Allerwichtigste ist Kreativität und ein Denken „outside the box“: die Fähigkeit und die Lust, Dinge zusammenzudenken, die erst einmal nichts miteinander zu tun haben.

  • Die von Ihnen und Ihrem Team entwickelte wissenschaftliche Methode nennt sich „Biomimicry Thinking.“ Wie gehen Sie dabei vor?

Wir identifizieren bei einem Problem zunächst die funktionalen Bedürfnisse. Dies ermöglicht die „Biologisierung“ des Problems. Dann suchen wir Modelle und Vorbilder in der Natur, betreiben Datenbankrecherchen und durchforsten wissenschaftliche Veröffentlichungen. Häufig  erfolgt ein reger Austausch mit den eigentlichen Forschungsinstituten. Aus den biologischen Systemen abstrahieren wir dann die zugrunde liegenden Designprinzipien und brainstormen bioinspirierte Lösungen. Dann wird prototypisiert und getestet, immer mit der Integration von Nachhaltigkeits-Parametern im Hinterkopf.

  • Sie haben einen Verein gegründet, um die Öffentlichkeit für den Bereich zu sensibilisieren. 

Ja, wir versuchen zum Beispiel in Workshops, die Sinne der Teilnehmer zu schärfen. Wir betrachten einen Gegenstand aus der Natur, etwa einen Tannenzapfen oder ein Stück Moos. Dann stellen wir uns Fragen: Woher kommt der Zapfen, wie sieht er aus, warum wächst er genau dort? Welche Struktur hat das Moos und welche Strategien hat es entwickelt? Wie ermöglicht es ihm z.B. seine Struktur, Wasser zu speichern? Danach überlegen wir uns, für welche Zwecke wir diese Strategien in unserer Welt nutzen könnten. Die Aufgabe funktioniert auch umgekehrt: Wir denken in Funktionen: Ein gepolsterter Fahrradsattel soll erfunden werden. Was entspricht solch einem Polster in der Natur? Eine Katzenpfote beispielsweise muss ebenfalls permanent Stöße dämpfen. Die Teilnehmer überlegen dann weiter: Wie genau ist so eine Pfote beschaffen und wie müsste das entsprechende Material für den Sattel aussehen? Und so weiter. Unser Hauptziel ist es, Neugier und Kreativität zu wecken. Und natürlich Faszination für den Erfindungsreichtum, aber auch den unglaublichen Wert der Natur.

  • Woher kommt eigentlich das Vertrauen, dass die Natur es am besten kann?

Wir sind überzeugt, dass die Biologie in 3,8 Milliarden Jahren Evolution genug Zeit hatte, um elegante Lösungen hervorzubringen, die optimal funktionieren und zugleich nachhaltig sind. Dieser Ansatz ist aber bisher leider noch nicht sehr verbreitet. Der Mensch ist verwurzelt in seinem Denken, dass er es besser kann als die Natur. Dabei sind wir Bestandteil der Natur und müssen auch wie sie operieren. Dies ist ein revolutionärer Paradigmenwechsel, an dem wir mit Leidenschaft arbeiten.

  • Sind wir für diesen schon bereit?

So langsam setzt sich die Einsicht durch, dass es auf lange Sicht zu teuer ist, die Natur zu zerstören. Man muss langfristig kalkulieren. Auch große Firmen fangen an, das zu realisieren. Daimler etwa hat sein Bionic Car nach dem Vorbild des Kofferfisches entwickelt. Dieser kastenförmige Fisch mutet zunächst recht plump an, aber Physik und Strömungsmechanik sprechen für ihn: Das Auto unterschreitet die Luftwiderstandswerte von vergleichbaren Wagen um mehr als 65 Prozent, zudem ermöglicht die Form eine spezielle Leichtbauweise, die Material und damit Energie und Kosten einspart.

  • Können Sie überhaupt noch durch die Natur gehen, ohne sich neue Anwendungen auszudenken?

Ich bin in der Tat immer wieder überwältigt, wie komplex und gleichzeitig simpel biologische Systeme sind. Nichts wird verschwendet, alle Ressourcen werden genutzt. Und oft denke ich dann, so sollten wir das auch tun. Ich habe tatsächlich immer ein Notizbuch dabei.

Zur Person

Dr. Arndt Pechstein ist Neurowissenschaftler am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin. Er hat sich auf den Bereich Biomimicry spezialisiert. Als Mitbegründer und Vorsitzender des Vereins Biomimicry Germany e.V. will er eine Schnittstelle zwischen akademischer Forschung und industrieller Anwendung schaffen. Dabei suchen er und sein Team gezielt den Dialog mit Öffentlichkeit und Industrie.

In seinem StartUp „phi360.eu“ arbeitet Pechstein mit Wirtschaftsunternehmen und Architekturagenturen an neuen Produkten und Designs.

Pechsteins  Ziel ist es, zukünftig eine „Biomimicry Academy“ zu etablieren, an der Biomimicry gelehrt wird und in der Studenten mit Wirtschaftspartnern zusammengebracht und dadurch Ausbildung, Forschung und Anwendung eng verzahnt werden.