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Technik und Biologie : Der Thunfisch bietet die Lösung

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Wie schwimmt er denn nun? Strömungsbild des an der University of Virginia gebauten Tunabot, der den Gelbflossenthunfisch zum Modell hat. Bild: UVA Engineering image

Was sich von Organismen bei der Bewältigung von Konstruktionsproblemen lernen lässt: Marco Tamborini stellt Verfahren vor, mit denen man die Grenzen zwischen Technik und Natur überwinden kann.

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          Der Gelbflossenthunfisch ge­hört zu den schnellsten Fischen überhaupt, er er­reicht bis zu siebzig Stundenkilometer. Kein Wunder, dass er als Inspiration für die Entwicklung von Tauchrobotern dient. Der ihm nachempfundene Thunfischroboter Tunabot der University of Virginia bringt es bislang zwar nur auf neun Kilometer pro Stunde, dennoch schätzen die Forschenden ihn dafür, dass er sie auf neue Ideen bringt. „Thunfisch-Robotik“ nennt der Philosoph und Wissenschaftshistoriker Marco Tamborini dieses Projekt und präsentiert es als ein Beispiel dafür, wie Technik und Biologie einander inspirieren, so weit, dass es einer Auflösung der Grenzen zwischen den auf den ersten Blick so gegensätzlichen Bereichen gleichkomme.

          Anhand der Thunfisch-Robotik lässt sich zeigen, was er damit meint: Der Thunfisch ist die Lösung der Natur für ein technisches Problem, nämlich das schnelle, energieeffiziente Schwimmen. Also liegt es für Techniker nahe, sich an dieser Lösung zu orientieren. Doch das ist leichter gesagt als getan. Schließlich kann man den Fisch nicht Molekül für Molekül nachbauen, sondern allenfalls in einer stark vereinfachten Version. Und dazu muss man erst einmal verstehen, worauf es ankommt und was man weglassen kann. Anschauen und nachdenken reicht da nicht, zu schnell übersieht man dabei die vielen Teufelchen in den Details. Also muss man es ausprobieren, muss einen Roboterfisch bauen und schauen, ob er schwimmt wie erwartet. So habe der Tunabot sie auf eine „nicht-intuitive und neuartige Bewegungsbiomechanik“ gebracht, zitiert Tamborini die Forscher. Soll heißen: Ohne das Nachbauen wäre man nicht darauf gekommen, wie der Fisch so schnell schwimmen kann.

          Die Orientierung an der Natur lässt sich leicht weltanschaulich rahmen

          Die Natur liefert mögliche Lösungen technischer Probleme und die Technik immer neue Möglichkeiten, um die Natur zu erforschen: von der Lupe über das Mikro­skop bis zur Computersimulation und Robotertechnik. Marco Tamborini rekonstruiert dieses Wechselspiel in Philosophie, Biologie und Architektur. Sein Buch umfasst Fallstudien von der Morphologie des frühen zwanzigsten Jahrhunderts über Biotechnik, Biomimetik, Bionik bis zu Morphospace, einer in den Sechzigerjahren mithilfe eines Analogrechners entwickelten grafischen Repräsentation, die alle theoretisch möglichen Formen von Schneckenhäusern generieren sollte – mit der Perspektive, dies auch für die Planung von ganz neuen Gebäudeformen zu verwenden. Tamborini konstatiert eine Renaissance der Morphologie, der Analyse komplexer Formen, und verfolgt ihre Geschichte bis hin zu aktuellen Exzellenzclustern, die sich explizit nicht nur mit der Veränderung von Formen befassen, sondern mit der „Physik des Lebens“ (Dresden) oder „lebenden, adaptiven und energieautonomen Materialsystemen“ (Freiburg).

          Marco Tamborini: „Entgrenzung“. Die Biologisierung der Technik und die Technisierung der Biologie.
          Marco Tamborini: „Entgrenzung“. Die Biologisierung der Technik und die Technisierung der Biologie. : Bild: Meiner Verlag

          In der ersten Phase der wechselseitigen Inspiration von Biologie und Technik, wie Tamborini sie beschreibt, steht die Metapher vom Buch der Natur im Mittelpunkt. Mit ihr kam die Frage auf, ob man aus diesem Buch abschreiben dürfe, wie es der Biologe Ernst Haeckel vertrat, oder ob es nicht vielmehr um eine Übersetzung gehen sollte. Die Mechanisten, Vitalisten und Gestaltpsychologen des frühen zwanzigsten Jahrhunderts waren sich einig, so Tamborini, dass man vor allem versuchen müsse, zu verstehen, wie die Natur Probleme löst, und sich an ihren Strategien zu orientieren, statt sie nachzuahmen. Sie suchten die Grundformen der Natur und stritten, ob diese unveränderlich oder dynamisch seien und ob man sie auch anders kombinieren dürfe, als sie in der Natur vorzufinden sind. Sie fanden, dass Knochen eine ganz ähnliche Struktur aufweisen wie manche Brückenkonstruktionen und Algen mit Geißelantrieb an Turbinen erinnern. Die Lösungen bestimmter Probleme schien eine bestimmte Form zu haben, unabhängig vom Material, eine Form, die man verstehen, abschauen und variieren kann. So, wie man sich von den Vögeln die Form der Flügel abschauen konnte und doch einsehen musste, dass es für Flugzeuge besser ist, nicht zu flattern.

          In der Gefahr der Selbstausrottung

          Seit der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts versuchte die Bionik explizit, den Gegensatz zwischen Natur und Technik zu überwinden, auch wenn das nicht nur eine wissenschaftliche, sondern in der disziplinär organisierten Universitätslandschaft auch eine organisatorische Herausforderung war und bis heute ist. Wissenschaft existiert nicht im leeren Raum, weshalb Tamborini explizit auch institutionelle, kulturelle, ökonomische und religiöse Faktoren diskutiert, die die Forschung mitbestimmt haben. So wird immer wieder deutlich, dass sich gerade die Orientierung an der Natur leicht weltanschaulich rahmen lässt: Der Hydrologe Al­fred Gießler versuchte Ende der Dreißigerjahre die Biotechnik in die Nazi-Ideologie einzupassen und postulierte eine Kontinuität von Natur, Technik, Kultur und Rasse, in der nur überlegene Rassen die Geheimnisse der Natur verstehen und nutzen könnten. Der Biologe Werner Nachtigall schrieb dagegen in den Siebzigern, durch die Versöhnung von Natur und Technik müsse es wieder zu einem Gleichgewicht zwischen Mensch und Umwelt kommen: der Mensch habe Bescheidenheit zu lernen, damit er „sich nicht in die Gefahr der Selbstausrottung bringt“.

          Eine zweite Welle der Biologisierung der Technik und der Technisierung der Biologie findet Tamborini im 21. Jahrhundert. Hier werden nun nicht nur Lösungen adaptiert, indem etwa die Robotik verstärkt auf weiche Materialien und natürlichere Bewegungen setzt, sondern auch Lösungswege. Evolutionäre Algorithmen zum Beispiel imitieren für die Lösung technischer Probleme, wie die Natur mit Variation und Selektion zu immer besseren Ergebnissen kommt. Seit Computersimulationen herangezogen werden können, um, etwa in der Paläontologie, Aussehen und Bewegungsweise ausgestorbener Lebewesen aus Fossilien zu errechnen, seien Biologie und Technik noch enger miteinander verwoben. Forscher versuchen nun, Erkenntnisse über Lebewesen zu erlangen, indem sie die Computersimulation dieser Lebewesen, der Entwicklung von Populationen oder der Ausbreitung bestimmter Gene betrachten. Oder eben, indem sie einem Tunabot beim Schwimmen zusehen.

          Die philosophischen Fragen, die mit diesen Studien einhergehen, haben sich, wie der Autor bemerkt, deutlich weniger verändert als die technischen Möglichkeiten. Was ist der Unterschied zwischen Natur und Technik, zwischen Lebewesen und Maschinen? Was kann man nachbauen, wo ist die Grenze, und warum gibt es sie? Beantwortet sind diese bis heute nicht.

          Natur und Technik, das zeigt der Band eindrucksvoll, sind keineswegs Gegensätze. Vielmehr schauen Techniker und Architekten seit Langem in die Natur, Biologen in die Technik und Philosophen ihnen allen über die Schultern. Leider fehlen in dem Band die radikalsten Grenzüberschreitungen zwischen Natur und Technik, von ferngesteuerten Käfern bis zu den am Computer entworfenen und in der Petrischale aus Froschzellen gezüchteten Xenobots. Mehr und mehr wird die Natur heute zum Baukasten, mit dem man kons­truieren kann, statt sich lediglich Lösungen abzuschauen und diese mühsam technisch nachzubilden.

          Marco Tamborini: „Entgrenzung“. Die Biologisierung der Technik und die Technisierung der Biologie. Meiner Verlag, Hamburg 2022. 208 S., 24,90 €.

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