Pflanzen als Vorbild für ressourcenschonendes Bauen
Im Forschungsprojekt A03 des Sonderforschungsbereichs TRR 280 (Konstruktionsstrategien für materialminimierte Carbonbetonstrukturen) untersuchen wir, wie Pflanzen ihre Strukturen mit möglichst wenig Material stabil und belastbar machen. Im Laufe der Evolution sind vielfältige Konstruktionsprinzipien entstanden, bei denen Fasern, Gewebe und Materialien gezielt angeordnet und miteinander verbunden werden. Diese Prinzipien können als Vorbild für neue, materialeffiziente Konstruktionen aus Carbonbeton dienen.
Dabei interessieren uns insbesondere die Anordnung und Orientierung von Fasern sowie die Art und Weise, wie unterschiedliche Gewebe miteinander verbunden sind. Mithilfe der großen botanischen Sammlung des Loki-Schmidt Gartens und mikroskopischen Untersuchungen, Computertomographie und mechanischen Tests analysieren wir den Aufbau ausgewählter Pflanzenstrukturen und untersuchen, wie sie Kräfte aufnehmen und weiterleiten. Ein aktueller Schwerpunkt liegt auf den großen, dünnwandigen Blütenhüllen (Spathen) von Amorphophallus. Obwohl diese Strukturen nur für relativ kurze Zeit bestehen, müssen sie eine große, gekrümmte Fläche stabilisieren. Gleichzeitig investiert die Pflanze nur vergleichsweise wenig Material in ihre Verstärkung. Die Untersuchung verschiedener Amorphophallus-Arten soll zeigen, wie die Anordnung von Fasern und Geweben zu dieser hohen Materialeffizienz beiträgt.
Ein weiterer Schwerpunkt unserer Forschung liegt auf unterirdischen Sprossachsen und Rhizomen. Diese Strukturen müssen nicht nur das Gewicht der Pflanze im Boden verankern, sondern auch mechanische Kräfte aufnehmen und über ein weit verzweigtes Netzwerk weiterleiten. Wir untersuchen deshalb, wie unterschiedliche Pflanzen, unter anderem Bambus, ihre Rhizome aufbauen, wie Verzweigungen und Verbindungen gestaltet sind und welchen Einfluss die dreidimensionale Anordnung der Gewebe auf die mechanischen Eigenschaften hat. Besonders spannend ist dabei die enge Zusammenarbeit mit den anderen Fachrichtungen innerhalb des SFB TRR 280: Die botanisch gewonnenen Erkenntnisse werden mit bildgebenden Verfahren und mechanischen Experimenten analysiert, anschließend computergestützt modelliert und gemeinsam mit den Ingenieurwissenschaften in neue Konstruktions- und Verbindungskonzepte für Carbonbeton übertragen. So ermöglicht die interdisziplinäre Zusammenarbeit, biologische Strukturen nicht nur zu verstehen, sondern ihre zugrunde liegenden Konstruktionsprinzipien für ressourcenschonende technische Strukturen nutzbar zu machen.
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