Architektur-Bionik

Schon 1846 wurde in England der Gärtner und Amateuringenieur JOSEPH PAXTON (1801–1865) durch ein Vorbild aus der Botanik zu einer neuartigen Gewächshauskonstruktion angeregt. Er sah, wie beim Blatt der Riesenseerose Victoria amazonica die strahlenförmig und konzentrisch verlaufenden Blattrippen das bis zu zwei Meter große Blatt so stabilisierten, dass es trotz seines Gewichtes nicht unterging.

Einige Jahre später kam der Schweizer Ingenieur KARL CULMANN (1821–1881) anlässlich einer Anatomievorlesung seines Freundes zu der Erkenntnis, dass die Knochenstrukturen des menschlichen Oberschenkelkopfes genau den Verlauf der Kraftlinien wiedergeben, die auf den Knochen bei Zug und Druck einwirken. Die seltsame Anordnung der Knochenbälkchen halfen CULMANN bei der Konstruktion eines Krans, denn sie zeigte die effektivste Weise, wie mit geringem Materialaufwand große Belastungen ausgehalten werden können.

Auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, große Spannweiten mit minimalem Materialaufwand zu überbrücken, eine optimale Form für hohe Lasteinwirkungen zu finden oder auch hohen Winddruck bei Hochhausbauten abzufangen u. Ä., wird die Bionik in der Architektur bemüht, weil allen Naturformen ihre „zweckmäßige Tragwerkgestaltung“ gemeinsam ist.

Durch ihre Formdifferenzierung können Naturformen allen statischen oder dynamischen Lasten wirksamen Widerstand leisten. Ihr Tragverhalten erklärt sich aus den zweckmäßigen natürlichen Materialeigenschaften, die sich durch Auslese über einen langen Zeitraum herausgebildet haben. Form und Funktion sind beide auf das engste verzahnt. Räumlich gekrümmte Tragstrukturen, wie sie z. B. die Panzer der Krebstiere oder die Schalen der Muscheln aufweisen, erhöhen durch ihre Krümmung, durch Wellen und Rillen ihre Stabilität.

Man kam bei bionischen Untersuchungen zu der Erkenntnis, dass jede Erscheinung der Natur, die für einen Zweck vorteilhaft ist – z. B. konstruktiv oder in Bezug auf Festigkeit und Materialökonomie – auch für andere Zwecke vorteilhaft sein kann. Aufgaben der Architektur unter dem Aspekt des Leichtbaus und des energiebewussten Bauens lassen sich bei richtiger Umsetzung der Prinzipien der Naturformen real lösen.

Dabei ist es für Architekten kaum möglich, die Naturform einfach zu übernehmen, zu vergrößern und sie durch andere Materialien zu realisieren. Biologische „Konstruktionen“ bilden in der Regel einen Komplex, der gleichzeitig eine Vielzahl unterschiedlichster Funktionen zu erfüllen hat. Deshalb gilt es vielmehr,

• die Eigenschaften des Naturmaterials,
• die Rolle des Maßstabes und
• die grundsätzlich unterschiedlichen Bedeutungen

von Funktionen und Formen in organischer Natur und gebauter Umwelt zu berücksichtigen.