Was passiert, wenn sich Physiker, Chemiker, Mineralogen, Biologen und Paläontologen, Materialwissenschaftlern, Ingenieure und Architekten zusammenfinden, um biologische Konstruktionsprinzipien zu analysieren und diese auf die Gestaltung von Bauwerken oder Bauelementen zu übertragen? Im Schloss Rosenstein gibt die Sonderausstellung „Baubionik – Biologie beflügelt Architektur“ spannende Einblicke. Bis 6. Mai stellt der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) seit 2014 geförderte Sonderforschungsbereich TRR141 „Entwurfs- und Konstruktionsprinzipien in Biologie und Architektur“ seine Arbeit vor, präsentiert Forschung live, beeindruckend und verständlich.
„Bitte berühren“
Majas Zeigefinger drückt vorsichtig das violette Staubblatt der Blüte einer Paradiesvogelblume nach unten. Das kleine Mädchen, das seine Mutter hoch gehoben hat, damit es dem in Museen eher seltenen Hinweis „Bitte berühren“ nachkommen kann, staunt: „Ich kann das wie ein Vogel!“ Mit ihrem Finger hat sie gleich einem landenden Vogel die Sitzstange gebogen, den Pollen freigelegt – ganz ohne Gelenke. Gelenke sind bei Konstruktionen stets Schwachstellen. Pflanzen setzen, wenn es um Bewegung geht, auf elastische Verformung. Auch die 36 quadratischen Module des inmitten der Säulenhalle über neun Meter aufragenden Flecotofold lassen sich ganz ohne Gelenke flexibel falten. Das Verschattungssystem hat die Schnappfallen des Wasserrads, einer kleinen, fleischfressenden Wasserpflanze zum Vorbild.
Ich finde es toll, wie hier Forschung gezeigt wird
Besucherin der Ausstellung
Innerhalb drei Jahren wurde die Ausstellung auf die Beine gestellt, die einen spannenden Einblick in den Sonderforschungsbereich „Entwurfs- und Konstruktionsprinzipien in Biologie und Architektur“ und die Arbeit der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von den Universitäten Stuttgart (Sprecherhochschule), Freiburg und Tübingen, des Staatlichen Museums für Naturkunde Stuttgart und des Fraunhofer Instituts für Bauphysik gibt. „Es war schon eine besondere Herausforderung, all die Themen verständlich aufzubereiten“, erzählt Dr. Anita Roth-Nebelsick vom Naturkundemuseum. Alle Beteiligten seien aber mit viel Spaß dabei gewesen – und auch die Besucher sind angetan. „Ich finde es toll, wie hier Forschung gezeigt wird“, sagt Majas Mutter.
Der Weg zu einer funktionierenden Fertigung ist nicht einfach
Die Natur bietet viele Anregungen, hält Lösungen für manches Problem bereit, ob es um das Vermeiden von Frostschäden geht oder den Schutz bei extremen Belastungen. Der Weg vom Erkennen wie etwas in der Natur funktioniert bis hin zu einer funktionierenden Fertigung ist allerdings nicht einfach. Ausstellungsbesucher werden in Zukunft Schnecken vermutlich ganz anders wahrnehmen. Die Tierchen, die ihr Haus immer bei sich tragen, sind tolle Baumeister. Ihre Schale produzieren sie in zwei Schritten. Erst eine organische, zunächst noch flexible Schicht, die die Form vorgibt, dann wird von innen die Kalkschale angelagert, die für Stabilität sorgt. Dieses Produktionsprinzip technisch umgesetzt könnte Vorbild sein, um komplexe Formen in der Architektur zu schaffen.
Optimierung von Verzweigungen
Fasziniert blickt Anne-Kathrin auf ein Modell, das einen Roboter zeigt, der harzimprägnierte Glas- und Carbonfasern wickelt. Die dabei entstehenden Faserkomponenten sind dem Aufbau der Flügeldecken (Elytren) einer Käferart nachempfunden. Der Elytra Filament Pavillon wurde so hergestellt. Er zeigt das Potential faserbasierter Leichtbausysteme und stand schon im Innenhof des Victoria & Albert Museums in London. „Echt cool das Teil – und alles von einem Käfer abgeschaut“, sagt die junge Frau beeindruckt und ergänzt: „Der Baum da vorn ist auch super.“ Der silbern glänzende, gut sechs Meter hohe aus Glas- und Carbonfasern geflochtene „Baum“ zeigt, wie sich Verzweigungen, die stets neuralgische Punkte bei Bauwerken darstellen, optimieren lassen, wenn man sich am „Baumeister Natur“ orientiert.
Sparsamer Einsatz von Ressourcen
Biologische Konstruktionen gehen sparsam mit den Ressourcen um – filigran bauen aber dennoch stabil ist die Devise, die etwa auch für die Stacheln von Seeigeln gilt. Diese dienten als Ideengeber für den Anima-Pavillon. Tom und Felix haben sich das Ausstellungsstück, das mit seiner Porenstruktur an ein Bauwerk aus 1001 Nacht erinnert, schon genau angeschaut. Die Schüler sollen zu Papier bringen, was an dieser Konstruktion so besonders ist. „Da wurde mit gradiertem Beton gearbeitet“, erklären sie: „Je nach Belastung ist der Beton an einer Stelle dicker oder poröser. So kann man viel Gewicht und Material einsparen.“
Intelligentes Bauen als Notwendigkeit
Natürliche Konstruktionen setzen sich aus wenigen Grundbausteinen zusammen, die in einen Stoffkreislauf eingebunden sind. Sie sind robust, können sich an verändernde mechanische Beanspruchungen ebenso anpassen wie an klimatische Bedingungen, und sie sind in der Lage, Schäden selber zu reparieren. In dem lesenswerten Buch zur Ausstellung, betonen im Kapitel „Warum Bionik?“ Dr. Jan Knippers vom Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen der Uni Stuttgart und Dr. Thomas Speck, Leiter der Plant Biomechanics Group und Direktor des Botanischen Gartens an der Universität Freiburg, es sei lohnend, sich mit natürlichen Konstruktionen zu beschäftigen. Der Kollaps des Ökosystems Erde, so die Professoren, lasse sich nur verhindern, „wenn wir anders, das heißt vor allem intelligenter bauen“.
Begleitprogramm
Das umfangreiche Begleitprogramm zur Ausstellung „Baubionik – Biologie beflügelt Architektur“ umfasst Führungen und Workshops für Erwachsene und Schüler sowie eine Vortragsreihe immer donnerstags, 19:00 Uhr.
7. Dezember 2017: Von Pflanzen lernen für die Architektur des 21. Jahrhunderts, Prof. Dr. Thomas Speck, Universität Freiburg, Leiter der Plant Biomechanics Group und Direktor des Botanischen Gartens
25. Januar 2018: Eine Knautschzone für Gebäude? Was wir von Seeigeln lernen, Prof. Dr. Klaus Nickel, Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Angewandte Mineralogie
22. Februar 2018: Architektur anders denken: Schnittstellen von Biologie und Bauen, Prof. Achim Menges, Universität Stuttgart, Institut für Computerbasiertes Entwerfen
29. März 2018: Mehr als Krabbeln und Stechen: Einblicke in die Insekten-Bionik, Prof. Dr. Oliver Betz, Universität Tübingen, Institut für Evolution und Biologie
26. April 2018: Technische Textilien als Treiber für die europäische Zukunft – Innovationen aus Vorbildern der Natur, Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Universität Stuttgart, Institut für Textil- und Fasertechnologien