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Bionische Antriebselemente für Fassaden

Ein Team der TU München, der Universität Freiburg und der Universität Stuttgart forscht an beweglichen Gebäudekomponenten wie Jalousien, deren Aufbau von natürlichen Lösungen abgeschaut wurde. Die Komponenten sollen mit Antriebselementen bestückt werden, die sich ohne Energiezufuhr bewegen können. Vorbild sind reife Kiefern- und Tannenzapfen, die bei Regen ihre Schuppen schließen, um den Samen zu schützen. Ist es dagegen trocken, öffnen sie sich und geben ihn frei. Bei dieser Bewegung spielt die Zusammensetzung der Zellwände eine wichtige Rolle. Sie setzen sich vor allem aus dem wenig quellfähigen Lignin und der gut quellenden Cellulose zusammen. Wegen der unterschiedlichen Ausrichtung der Cellulosefibrillen im Schuppengewebe krümmen sich diese bei hoher Luftfeuchtigkeit nach innen und bei Trockenheit nach außen. 

 

Material statt Motor

Die Energie für diese Bewegungen stammt nicht aus Stoffwechselvorgängen, sondern beruht auf physikalischen Mechanismen und Materialeigenschaften. Durch die Kombination von Materialien mit unterschiedlichem Quellvermögen ist es Zollfrank bereits gelungen, solche biomimetischen Antriebselemente zu entwickeln. Auch diese bestehen aus zwei Schichten von Materialien mit unterschiedlichem Quellungsverhalten und verhalten sich damit ähnlich wie die Zapfen. 

 

Physikalische Grenzen überwinden

Jedoch bevor Architekten sie in großem Stil einsetzen können, müssen die Materialforscher noch ein Problem lösen, das mit der Vergrößerung zusammenhängt: Je größer die Zelle oder das Gewebe, desto länger braucht das Wasser, um durch ihre Poren nach innen zu dringen. Was bei einem Kiefernzapfen in zwei Stunden geht, würde bei einem Gebäude mehrere Jahre dauern. Um die Hydraulik von Kiefernzapfen für Anwendungen in der Architektur zu übertragen, muss folglich eine physikalische Grenze überwunden werden.

 

Eine Frage der richtigen Verbindung

Dazu schlägt Zollfrank eine Art Umstrukturierungsverfahren auf der Materialebene vor. »Wir entkoppeln die Gewebegröße und bringen das Ganze auf Größe der einzelnen Zelle«, erklärt er. Durch geschickte Querverbindungen entsteht so ein lockerer Zellverband, dessen einzelne Bestandteile sich dennoch wie einzelne Zellen verhalten und sehr schnell Wasser aufnehmen. »Die Frage ist nun, wie solche Querverbindungen möglichst effizient gestalten und wie in beliebiger Größe hinbekommen.« Für spätere praktische Anwendungen sind aber auch poröse Polymermaterialien denkbar, deren Poren mit einer extrem wasseranziehenden Flüssigkeit (Hydrogel) gefüllt sind. Daran arbeiten die Materialforscher bereits. Welche Lösung letztlich ihren Weg in die Architektur der Zukunft finden wird, ist damit nur noch eine Zeitfrage.

 

weitere Informationen:
Lehrstuhl für Biogene Polymere
TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit
Pressemitteilung TUM

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Bionische Antriebselemente, Fassade, TUM, nachhaltig, Lehrstuhl für Biogene Polymere, R. B. pixelio.de

Foto: R. B. pixelio.de

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