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Man muß die Dinge so tief sehen, daß sie einfach werden.
Konrad Adenauer (1876-1967), dt. Politiker, 1949- 63 erster dt. Bundeskanzler

Der Klettverschluss ist einem Naturphänomen abgeschaut - und ein Beispiel für Bionik. Text: Cathrin Günzel und Sebastian Späthe, erschienen in Heft 2/2007, “Astratech”-Magazin

Energie getankt: Check. Funktionsprüfung Flügel: Check. Kopf verriegelt: Check. Startvorbereitung abgeschlossen, Libelle kurz vorm Abheben. Präzise nach Checkliste wie bei einem Piloten beginnt auch der Insektenflug. Um ihren Kopf gegen die beim Fliegen auftretenden Kräfte zu fixieren, bedienen sich die schlanken Luftartisten eines uralten und simplen Tricks, erklärt der Wissenschaftler Werner Nachtigall. “Wie bei einem Klettverschluss hakt die Libelle den Kopf an ihrem Körper an. Dadurch haben die Insekten in der Evolution ihre Muskelmasse minimiert. Vorteile: Sie sind mit weniger Kraftaufwand schneller und wendiger”, erläutert der Biologe und Physiker.

Das Klettprinzip nutzen auch viele andere Lebewesen wie der Rosenkäfer und in modifizierter Form auch Gecko und Springspinne. Der Rosenkäfer “parkt” seine Flügel per Klettverschluss auf dem Rücken. An den Füßen von Springspinne und Gecko wachsen Millionen, ja Milliarden von Kapillarhärchen, die den Tieren sicheren Halt sogar an spiegelglatten Oberflächen bieten. Die Springspinne könnte gar ihr gesamtes Körpergewicht kopfüber an einem Bein baumeln lassen. Fest an allen Beinen hängend, könnte sie sogar das etwa 150-fache ihrer Eigenmasse tragen. Diese durch biologische Evolution entstandenen und weiterentwickelten Haftvorrichtungen heißen “Spatulae”. Die Härchen an den Laufflächen sind umso feiner und zahlreicher, je schwerer das Tier ist. “Kleineren Fliegen und Käfern reichen einfache Härchen mit Durchmessern von ein paar Mikrometern, während die sehr viel schwereren Geckos fein verzweigte Härchen mit Enddurchmessern von 200 Nanometern ausbilden - das sind millionstel Millimeter”, berichtet Dr. Stanislav Gorb, Zoologe am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart. “Auch die Form der Härchen spielt eine wichtige Rolle. In der Natur haben sich vor allem kugelförmige, kegelförmige und spatelartige Haarenden bewährt. Für technische Systeme sind hier der Fantasie kaum Grenzen gesetzt”, sagt der Forscher.

Wissenschaftler und Ingenieure haben sich des Naturprinzips vielfach bedient. So forscht Stanislav Gorb an Verbindungssystemen, die unter dem Mikroskop wie winzige Pilze aussehen. “Auch nach hunderten von Anwendungen ist kein Verschleiß sichtbar”, freut sich Zoologe Gorb. Die Technik ist besonders für glatte Oberflächen geeignet. Den Beweis trat ein 120 Gramm leichter Roboter mit den neuen Haftfasern an den Füßen an, den das Max-Planck-Institut eine senkrechte Glaswand hinaufschickte. Wissenschaftler der Technischen Universität Ilmenau übertrugen das Prinzip auf Silizium-Halbleiterchips. Bisherige Verfahren wie beispielsweise Klebeverbindungen fixierten die Chips nicht genau genug. Der “Klettverschluss” dagegen sorgt dafür, dass die empfindlichen Chips nicht verrutschen können. Grundlage der Verbindung ist eine feine Struktur aus Siliziumnadeln, die durch Aufrauen der Oberfläche entsteht. Dafür wird das Silizium solange mit geladenen Teilchen “bombardiert”, bis lange und spitze Nadeln entstehen. Werden die Siliziumteile aneinandergedrückt, verkeilen sich auf einen Quadratmillimeter bis zu vier Millionen Nadeln, die 20 tausendstel Millimeter lang und nur einen halben Mikrometer breit sind. Weil das Ganze Ähnlichkeit mit einem Rasen hat, sprechen die Wissenschaftler von Siliziumgras.

Obwohl das Klettprinzip sowohl bei Tieren als auch bei Pflanzen schon Millionen Jahre alt ist, entdeckte erst 1948 der Schweizer George de Mestral die Alltagstauglichkeit der Naturentwicklung. Der Ingenieur tobte oft mit seinem Hund durch Wald und Wiesen. Weil sich die Kletten aus dem Hundefell kaum lösen ließen, hatte er die Heureka-Eingebung: De Mestral erfand den Klettverschluss. Der Forscher legte die Samenkapseln der Klette unters Mikroskop, entdeckte winzige elastische Härchen. Selbst nach gewaltsamem Entfernen brachen sie nicht. Seine Idee: So müssten auch lösbare Verbindungen funktionieren. Jahrelang experimentierte der Tüftler mit Haken- und Wollband. Dann endlich der Durchbruch: Er nähte Kunststoffgarn zu Schlaufen und schnitt diese am Scheitelpunkt auf. Diese Haken hafteten, ließen sich öffnen und schließen. 1951 reichte de Mestral sein Patent ein. Der Name seiner Erfindung: Velcro - zusammengesetzt aus den französischen Begriffen Velours und Crochet (Haken). Bis sich der Klettverschluss aber bei Turnschuhen, Jacken und Taschen durchsetzte, dauerte es noch Jahrzehnte.

Die Große Klette

Die bis zu 1,5 Meter hohe Große Klette (lateinisch Arctium lappa) wächst in Europa und Asien an Wegrändern, auf brachliegenden Feldern und Waldlichtungen. Sie gehört zur Familie der Korbblütengewächse. Ihre Blüten sind rot bis purpurfarben, die widerborstigen Spitzen ihrer Früchte haken sich im Fell von Tieren fest, um von ihren transportiert zu werden. In asiatischen Küchen ist die Pfahlwurzel der Großen Klette ein beliebtes Gemüse. Vor allem die Japaner mögen ihren Geschmack, der Artischocken ähnelt. Klettenwurzel-Öl wiederum wird in der Kosmetik verwendet. Sogar in der Heilkunde fand die Klette ihren Platz: Als harntreibendes und blutreinigendes Mittel. Zudem wurde ihr heilende Wirkung unter anderem bei Gelenkrheuma, Geschwüren, Magenbeschwerden, Haarausfall und Kopfschuppen nachgesagt.

Bionik

Die Bionik setzt Modelle aus der Natur in technische Konzepte um. Die Wissenschaftler gehen dabei von der hohen Perfektion biologischer Systeme aus, die sich in mehreren Millionen Jahren Evolution entwickelt und durch Mutation und Selektion optimal an ihre Umwelt angepasst haben. Die Bezeichnung tauchte erstmals in den 60-er Jahren in den USA aus, doch das “Abgucken” technischer Innovationen von der Natur ist viel älter - zum Beispiel durch Leonardo da Vinci und Otto Lilienthal. Während sich im deutschen Sprachraum der aus den Wörtern Biologie und Technik zusammengesetzte Begriff Bionik durchgesetzt hat, sprechen Amerikaner oder Briten von “Biomimetik” (Englisch: biomimetics).

Themen: Biologie, Bionik, Forschung, Wissenschaft, Zukunft