Ausstellung im Stuttgarter Naturkundemuseum

Wenn die Natur die Architektur beflügelt

von Klaus Zintz

Stuttgart - Wie von Geisterhand bewegen sich die 36 Lamellen-Elemente der drei Tonnen schweren Konstruktion, welche die Eingangshalle des Stuttgarter Naturkundemuseums im Schloss Rosenstein ausfüllt. Technik im Naturkundemuseum? Die jetzt eröffnete Ausstellung „Baubionik“ macht es möglich – und das ganz im Sinne des Ausstellungs-Mottos „Biologie beflügelt Architektur“. Denn Vorbild für das neuartige Verschattungssystem für Fassaden namens Flectofold ist die Natur: die unter Wasser lebende fleischfressende Pflanze Wasserrad, auch Wasserfalle genannt, deren Fallen wie die Speichen eines Wasserrades angeordnet sind.

Die Fallen selbst können sich blitzschnell schließen – und das ohne Gelenk. Die beiden Fallenhälften sind durch eine Mittelrippe miteinander verbunden, die im fangbereiten Zustand gerade ist. Die Falle schließt sich, wenn sich die Mittelrippe durchbiegt – was vermutlich durch Druckänderungen in den Zellen der Rippe bewerkstelligt wird. In der Ausstellung sind die Fallen technisch nachgebaut, wobei sich hier die Verschattungselemente – also die Fallenhälften – durch Pressluft schließen. Dazu ist nur ein geringer Druck von 0,04 bar erforderlich.

Vom Computer-Modell zum Prototypen

In der Bionik-Ausstellung sowie im Begleitbuch schildern die beteiligten Forscher anschaulich, wie Biologen, Bauingenieure und Materialwissenschaftler gemeinsam vom „Ideengeber“ Wasserrad zunächst zum Computer-Modell und dann zum Prototypen für eine neuartige Verschattungtechnik kommen. Sie geben dabei Einblicke in die laufende Forschung sowohl der Biologen als auch der Ingenieure – ein für eine Ausstellung durchaus ungewöhnlicher Ansatz. „Wir wollen mit dieser Ausstellung nicht nur die Ergebnisse wissenschaftlich transparent darstellen, sondern auch den Weg, der dorthin führt“, betont Johanna Eders, die Leiterin des Museums.

Bemerkenswert ist außerdem, dass das Naturkundemuseum sowohl mit seiner biologischen Forschung als auch mit dieser Ausstellung Teil des großen Sonderforschungsbereiches „Biologisches Design und integrative Strukturen“ ist. An diesem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt sind insgesamt 15 interdisziplinäre Forschungsgruppen an den Universitäten Stuttgart, Freiburg und Tübingen, dem Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Bauphysik sowie dem Naturkundemuseum beteiligt.

Was Architekten von der Natur lernen können

„Die alles überragende Anforderung an das Bauen von morgen ist die Ressourceneffizienz“, betont Jan Knippers, Sprecher des Sonderforschungsbereichs und Chef des Instituts für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen der Uni Stuttgart. Und als Bauingenieur fügt er an: „Deshalb lohnt sich für uns ein Blick auf die Biologie.“ Zudem könnten Ingenieure und Architekten von der Natur auch viel im Hinblick auf deren Selbstheilungskräfte, die sogenannte Resilienz, lernen – etwa bei der Anpassung an klimatische Veränderungen.

Aus Biologensicht ergänzt Thomas Speck, der an der Uni Freiburg unter anderem den Botanischen Garten leitet, dass man sich noch ein weiteres Prinzip der Natur zum Vorbild nehmen sollte: Mit möglichst wenig Energie und Ressourcen ausreichend gute Leistungen zu produzieren und auf diese Weise viel zu erreichen. „Versagen darf sich die Natur nicht leisten, denn Versagen bedeutet Tod.“

Filigrane und extrem leichte Bauten

In der Ausstellung kann man bewundern, wie pfiffig Tiere und Pflanzen Herausforderungen meistern, mit denen sich die Technik zumindest heute noch schwer tut. Aber neue Entwicklungen wie der 3-D-Druck könnten hier bisher ungeahnte Möglichkeiten für innovative Produktionsverfahren eröffnen, die die Natur nachahmen. So ermöglicht ein Seilroboter einem 3-D-Drucker freie Bewegungen im Raum – und dieser kann dann wie eine Schnecke bei ihrem Haus kontinuierlich ein breites, gekrümmtes Schalenelement drucken. Zudem können wie beim Schneckenhaus unterschiedliche Materialien aufgebracht werden: Schichten aus Kunststoff für die Form und Spritzbeton für die Verstärkungsschichten – mit dem Ziel, eine große Formenvielfalt bei gleichzeitig hoher Stabilität zu erreichen.

Nimmt man sich die ressourcenschonenden Bauprinzipien der Natur zum Vorbild, lassen sich darüber hinaus weitaus filigranere Bauten errichten als bisher. In der Ausstellung gezeigte Beispiele sind ein elegant geschwungener poröser, aber faserverstärkter Betonpavillion sowie eine gut sechs Meter hohe geflochtene Baumstruktur aus Glas- und Carbonfasern mit einer sehr hohen Tragfähigkeit.

Faszinierend ist, wie ästhetisch solche Objekte aussehen können – der Elytren Filament Pavillon, der 2016 in London ausgestellt wurde, ist ein besonders augenfälliges Beispiel. Er basiert auf dem Stabilitätskonzept von Elytren, also den Deckflügeln von Käfern. Dort sind zwei Schichten von Chitinfasern miteinander verbunden – ein Prinzip, das sich technisch umsetzen lässt, indem ein Roboter mit Harz imprägnierte Glas- und Carbonfasern auf ein sich drehendes Stahlgerüst aufbringt. Dabei orientiert sich die Führung der Fasern am biologischen Vorbild – ist also an die jeweilige Belastung angepasst. Der Lohn der High-Tech-Methode: Ein extremer Leichtbau mit einem Gewicht von weniger als neun Kilogramm pro Quadratmeter.

Baubionik im Naturkundemuseum

Ausstellung:
In der Zeit vom 19. Oktober 2017 bis 6. Mai 2018 zeigt das Naturkundemuseum Stuttgart am Standort Schloss Rosenstein die Ausstellung „Baubionik“. Der Eintritt kostet für Erwachsene fünf Euro, ermäßigt drei Euro. Die Öffnungszeiten sind von Dienstag bis Freitag von 9 bis 17 Uhr, am Wochenenden und Feiertagen von 10 bis 18 Uhr.

Veranstaltungen: An Donnerstagen gibt es eine Vortragsreihe sowie Expertenführungen. Zudem werden Führungen, Projekte und Workshops angeboten.