Bionik: "Es wäre schön, wenn die Menschen, die im Bereich Medizintechnik arbeiten, häufiger einen Blick in die Natur werfen würden"

Von der Natur lernen und dies in moderne Produkte einfließen lassen. Die Bionik tut genau das. Beispiele hierfür sind zum Beispiel der Klettverschluss, welcher von Klettfrüchten inspiriert ist oder das Lotusblatt, das den Abperleffekt moderner Fassadenfarben vorangetrieben hat. Doch wie kann Bionik im Arbeitsprozess angewendet werden? Antworten auf diese Fragen gibt Prof. Dr. Heike Beismann, die als Vorsitzende des Richtlinienausschusses VDI 6220 Blatt 2 beim VDI momentan gerade genau diese Antworten in ein neues Papier einbindet.

Frau Prof. Beismann, die VDI Richtlinie 6220 Blatt 1 von 2020 beschreibt die Möglichkeit des "bionischen Arbeitens" in Unternehmen. 2020 ist recht aktuell. Wie kam es dazu, dass Sie nun bereits mit der Richtlinie 6220 Blatt 2 an einer Fortführung arbeiten?

Prof. Heike Beismann: Die Richtlinie im Blatt 1 von 2020 ist zwar aktuell, aber sie hat natürlich eine Vorgeschichte. Denn tatsächlich ist sie eine überarbeitete Version und deshalb bereits sehr viel länger in ihrer Ursprungsform verfügbar. Im VDI ist es üblich, dass Richtlinien alle fünf Jahre geprüft und gegebenenfalls überarbeitet werden. Die Richtlinie „Bionik“ wurde deshalb überarbeitet und somit auf den aktuellen Stand gebracht. Zum Inhalt: Das Blatt 1 ist eine Übersicht und legt den Schwerpunkt auf die Beantwortung der Frage: „Was verstehen wir unter Bionik?“. Darüber hinaus sagen wir auch etwas zum Entwicklungsprozess. Dieser Prozess wird jedoch nicht zur Gänze beschrieben. Das Blatt 1 diente auch international als Grundlage für die ISO Norm. Und eben weil wir uns hier eher den Bereichen Definitionen, Terminologien und Grundlagen gewidmet haben, hatten wir im VDI schon lange den Plan, eine Richtlinie aufzulegen, wie man Bionik umsetzen kann.

Im Juni 2022 soll die neue Richtlinie erscheinen. Kann ein Unternehmen die Richtlinie dann problemlos als Vorlage nutzen, um zukünftig Bionik anzuwenden?

Beismann: So ist zumindest die Idealvorstellung. Es gibt ja bereits klassische Herangehensweisen: Grundsätzlich beginnt man immer mit der Frage nach dem Problem. Dann analysiert und abstrahiert man es so weit, dass man den Kern des Problems vorliegen hat. Im Bereich der Lösungssuche versucht man anschließend neue oder optimierte Verfahren zu implementieren. Diese Schritte sind in der Industrie üblich und somit bekannt. Deshalb setzt die neue Richtlinie hier an. Wir möchten die Bionik nicht als neuen, komplett anderen Entwicklungsprozess verstanden wissen, sondern sie in Bekanntes einbinden. Wir möchten aufzeigen, an welchen Stellen sich für Unternehmen zusätzliche Optionen eröffnen, wenn sie Bionik mit einbeziehen. Es wird sozusagen ein neues großes Fenster aufgemacht, um im Lösungsraum der Natur nachzuschauen. Das muss nicht immer funktionieren. Aber wenn es sinnvoll ist, kann man seinen Lösungsraum um mehr als 3,8 Milliarden Jahre Geschichte und Evolution erweitern.

Braucht es im Entwicklungsprozess dann nicht jemanden, der das Repertoire der biologischen Möglichkeiten im Hinterkopf hat?

Beismann: In der Regel ist es sinnvoll, sich entsprechende Expertinnen und Experten ins Haus zu holen oder für den Anfang des Projektes mit einzubeziehen. Das sind zum Beispiel unsere Studierenden der Bionik. Das sind keine hundertprozentigen Studierenden der Biologie oder des Maschinenbaus, sondern das sind Leute, die lernen, dazwischen zu vermitteln. Und so ist es auch gedacht. Für die Bionik ist die interdisziplinäre Arbeit von großer Bedeutung.

Die Herangehensweise ist also wie bei anderen Entwicklungsprozessen, aber man macht das Gedankenfeld einfach ein bisschen größer?

Beismann: Wir wollen das Fenster wie gesagt erweitern und in Richtung Bionik öffnen. Dafür müssen wir das Problem im Sinne der Biologie neu formulieren. Dann muss in Zwischenschritten eine Bewertung erfolgen. Eine mögliche Lösung könnte entweder passen oder sie ist völlig abstrus oder nicht umsetzbar. Wenn es passt, dann kann es im klassischen Prozess bis zum Endprodukt weitergehen. Wir erklären nicht den klassischen Weg, den kann man in vielen Büchern nachlesen, sondern wir beschreiben ausführlich dieses Teilstück des bionischen Entwicklungsprozesses.

Denken Sie auch Hersteller von Medizinprodukten profitieren von der Richtlinie?

Beismann: Hierfür gibt es bereits sehr viele schöne Beispiele! Prof. Oliver Schwarz vom Fraunhofer IPA in Stuttgart hat zum Beispiel einen Vierkantbohrer entwickelt, der vom Legestachel der Holzwespe inspiriert wurde. Die Fragestellung war, wie Implantate besser im Knochen halten können. Denn wenn ich ein rundes Loch habe und ich belaste es in kreisförmigen Bewegungen, dann wird es sich zwangsläufig irgendwann wieder lösen. Man braucht ein eckiges Loch, in dem ich das Implantat verankern kann. Doch wie kann man ein eckiges Loch bohren? Eigentlich gar nicht, denn alles, was mit Rotation zu tun hat, muss zwangsläufig rund werden. Schwarz hat sich dann umgesehen bei Organismen, die in ein hartes Substrat bohren. Und die Holzwespen schaffen es, mit ihrem langen Stachel in sehr hartes Holz Löcher zu bohren. Wenn man sich das genau anguckt, stellt man fest: Sie bohren natürlich nicht, sonst müssten sie die ganze Zeit im Kreis laufen, sondern sie raspeln. Sobald man das verstanden hat und das Prinzip entsprechend darstellen kann, kann man über eine mögliche technische Lösung nachdenken. Man muss agil sein im Denken und von der Vorstellung des Drehens wegkommen.

Grundsätzlich bietet gerade die Medizintechnik einen guten Nährboden für die Bionik, denn die Fragen dort sind sehr häufig nah an der Natur. Man möchte zum Beispiel ein Loch in eine Substanz hineinkriegen: das machen viele Tiere in allen möglichen Bereichen. Man möchte eine Oberfläche wieder verschließen: dazu gibt es im Tierreich viele Beispiele, siehe die Kokons der Insekten. Deshalb wäre es schön, wenn die Menschen, die im Bereich Medizintechnik arbeiten, häufiger einen Blick in die Natur werfen würden.