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form+zweck 17

Morphologie / Neobiologie

 

 

Frei Otto

Zum Vorbild Natur

 

Deutschlands berühmtester Architekt für Leichtbau, Frei Otto, untersucht seit Jahrzehnten natürliche Konstruktionen.

Auf einem Kongress wurde von ihm der Ausspruch kolportiert, die

Biologen hätten zwar viel von der Technik, die Techniker aber nichts von der Natur gelernt.

Wir baten Frei Otto um eine Darstellung seiner grundsätzlichen Positionen zum Verhältnis von Natur und Technik im Kontext von Gestaltung.

Das Prinzip Leichtbau ist, physikalisch betrachtet, offensichtlich das wesentliche Selektionskriterium in der lebenden Natur. Es ist wenig mit naturwissenschaftlicher Gründlichkeit erforscht. Vielleicht läßt sich dies wiederum historisch begründen. Die Ansicht, daß alles Lebende perfekt, also unverbesserbar sei, führte zu der Meinung, lebende Objekte und deren Elemente seien die idealen, unverbesserbaren Konstruktionen, die Funktionen optimal erfüllen.
Die Schöpfung des Schöpfers sei ideal. Wenn ein Objekt unbezweifelbar als Krone der Schöpfung gilt, fehlt der Anlaß zur sachlichen Beobachtung.
Diese Ansicht vom Idealbild ist zwar unverändert weitverbreitet und wird auch von ernstzunehmenden Wissenschaftlern gestützt, ist aber heute nicht mehr uneingeschränkt zu halten, und zwar nicht nur aus dem Grunde, daß auf vielen Gebieten der Mensch mit Hilfe der Technik nachweislich Produkte herstellt, die physikalisch betrachtet, diejenigen der lebenden Natur übertreffen, sondern auch auf Grund einer vertieften Kenntnis der Mechanismen der Evolution.
Die lebenden Natur hat keine »perfekten« Objekte. Es sind keine Fernziele sichtbar, die ein direktes Streben zum Optimalen erkennen lassen. Die lebende Natur entwickelt sich nicht zum Besseren, wie dies in der Technik zu beobachten ist, bei der das effektive Produkt sich seinen Markt erobert, gleichgültig, ob es völlig neu ist oder nur eine Verbesserung eines existierenden Produkts.
Die lebende Natur kennt nur die Auslese des nicht Lebensfähigen. Nicht das Bessere »überlebt«, sondern das Nichtlebensfähige, das relativ Schwächere vergeht. Das ist Grundsätzlich etwas anderes. Die vielzitierten Sätze vom Überleben des Besten oder »the survival of the fittest« sind im Grunde falsch, auch wenn es auf große Zeiträume bezogen so aussieht, als seien sie richtig. Das Ausscheiden des nicht so Lebensfähigen bedeutet an sich noch keine Evolution in Richtung auf ein Optimum. So können beispielsweise »unsinnige« Zufallsmutationen nur dann ausscheiden, wenn sie dem damit behafteten Lebewesen die Lebensfähigkeit nehmen. Die Mutation muß also schon beträchtlich hinderlich sein.
Auch im Bereich menschlicher Tätigkeit gibt es die negative Auslese. Eine ist beispielsweise die vielverbreitete, dennoch wenig sinnvolle Methode, bei Wettbewerben die Wertung durch das schrittweise Ausscheiden ungenügender Leistungen vorzunehmen (Knockout-Methode beim Sport, Ausscheidungsrundgänge bei Kunst- und Architekturwettbewerben).
Im Bereich menschlicher Tätigkeit ist eine Positivauslese möglich, mit der gezielt nach der besten Leistung, dem besten Produkt gesucht oder mit der es entwickelt wird. Produkte, die systematisch durch Positivauslese gesucht werden, sehen anders aus als solche, die bei einer Negativauslese übrigbleiben.
Die Positivauslese ist schnell und zielgerichtet. Die Negativauslese aus unendlich vielen aus Zufall generierten Mutationen ist langwierig, ist ohne Ziel und kann aber dennoch über sehr lange Zeiträume zu einer »Optimierung« führen.
Wir können feststellen: So mißverständlich das Wort vom »Survival of the fittest« auch ist, bringt dennoch eine ständige Negativauslese in der menschlichen Technik und Kultur ein gehobenes Mittelmaß zustande, und in der lebenden Natur auf Grund der langen Dauer der Entwicklung und auf Grund der »Verschwendung« (Samen, Mutationen, Lebewesen, Arten) eine Entwicklung zu höherer Leistungsfähigkeit.
Wenn wir heute zu wissen meinen, daß die Individuen und deren Elemente höchst unterschiedlich »leicht« sind, daß sie nicht nur auf einer, sondern auf sehr verschiedenen Entwicklungsstufen stehen und von den denkbar idealen Formen jeweils unterschiedlich weit entfernt sind, so hält die Kultur unserer zivilisierten Welt dennoch an der traditionellen Ansicht fest, daß Natur unverbesserbar sei.
Auch wenn wir erkennen, daß die lebende Natur durchaus nicht alle Baustoffe und -elemente einsetzen kann, die notwendig wären, einfach weil sie vieles, wie beispielsweise das drehende Rad, nicht möglich machen konnte, meinen wir immer noch, die Objekte der lebenden Natur seien ideal optimiert. Die Wahrheit ist, daß viele Objekte der lebenden Natur zwar durchaus extreme Leichtbaukonstruktionen darstellen. Aber wir wissen auch, daß sie durchaus noch nicht im technischen Sinne ideal sind.
Sogenannte Evolutionsstrategien, die die biologische Evolution nachahmen, haben heute nur dann eine Chance, wenn mit Hilfe des Computers ungeheuer viele Varianten durchgespielt und zum Teil auch gewertet werden können. Dabei kann durchaus die Methode nicht nur zur Negativauslese , sondern zu einer Positivauslese führen, doch nur wenn es gelingt, die Kriterien des Positiven zu formulieren.
Ein Hauptproblem bei der Anwendung von Evolutionsstrategien ist die ungeheure Vielzahl aller Möglichkeiten bei technischen Optimierungen, die bisher die größten Computer zumeist überfordern. Die Strategie kann gelingen, wenn die Aufgabenfelder klein sind und Optimierungen nur zur Ortung von Teiloptima angesetzt werden.
Wer biologische Objekte wirklich kennenlernen will, der wird sie studieren, wird Erklärungsmodelle für jene opportunistische Negativauslese der kleinen Schritte suchen. Das ist oft schwierig, gerade in Bezug auf deren Konstruktion und das Prinzip Leichtbau im Bereich des Lebens.
Vor dem ungeheuren Komplex der zu tätigenden Forschungen mußte man bislang kapitulieren, denn Analysen führen allein nicht zum Ziel. Erst durch das Verstehen jener systematischen Vorgänge, durch die die lebende Natur, deren Arten und Individuen entstanden sind und im Kontext der gesamten Natur mit ihren Biotopen und ökologischen Systemen, kann ein aktuelleres Naturverständnis hervorgerufen werden.
Kreativ arbeitende Menschen, Künstler, Erfinder und Ingenieure kennen den technisch-künstlerischen Weg, mit dem menschgemachte Objekte entwickelt werden. Dieser Weg führt durchaus zu Erkenntnissen. Wir nennen ihn den »umgekehrten Weg«, umgekehrt in Bezug auf die lebende Natur oder in Bezug auf die Versuche, Natur nachzuahmen. Ihn kennzeichnet nicht die Imitation des Vorbildes Natur, sondern die Weiterentwicklung der Technik, bis es zur Vergleichbarkeit der Ergebnisse kommt.
Man versucht gar nicht erst, durch den Dschungel von 10 Millionen Arten mit mehr als einer Milliarde unterschiedlich geformter konstruktiver Bauelemente hindurchzuschleichen, um dann daraus einige Erkenntnisse abzuleiten, sondern man geht den technischen Weg Schritt für Schritt weiter. Man entwickelt Leichtkonstruktionen wie bisher, und sogar noch weiter als es vielleicht vordergründig nötig erscheint. Man entwickelt auch dann, wenn es keine realen Aufgaben gibt.
Wenn man für jene ganz »leichten« Objekte, wie Pneus, Zelte, Schalen und Verzweigungen die selbstbildenden physikalischen Prozesse sucht, die Objekte formen und machen, findet man oft (jedoch nicht immer) nicht nur ähnliche Formen, wie sie die Natur kennt, sondern auch wirklich vergleichbare Objekte mit vergleichbaren Fähigkeiten. Man erhält durch eigene, unabhängige Entwicklung entstandene und dadurch überprüfte Objekte, die in Natur und Technik gleichermaßen Bedeutung haben. Man kann so den Grad ihrer Entwicklung und häufig auch den der vorangegangenen Optimierungsprozesse feststellen.
Der »umgekehrte Weg« führt zur Erkenntnis des Evolutionsgrades. Allerdings dürfte der Beweis des Erreichtseins eines als absolut unüberbietbar erscheinenden Entwicklungsstandes kaum möglich sein.
Der Gedanke vom Ganzen der lebenden Natur, vom Biotop und ökologischen Systemen, bei denen der Mensch und seine Technik ein integrierter Teil sind, bei denen der Mensch lebende Individuen und Arten, die er leicht ausrotten könnte, nicht mehr ausrottet, dieser Gedanke ist neu. Er entspricht unserer Zeit. Er gehört entwicklungsbiologisch nicht zur Natur des Menschen.
Das Prinzip Leichtbau, das Schaffen von tragfähigen Formen leichter bewegter Objekte ist Haupttriebfeder der Evolution einer neuen Technik, die nicht mehr allein als Waffe der Art homo sapiens gegen alle übrigen Lebewesen betrachtet werden kann.
Der Gedanke, daß die Objekte der Natur, Vorbilder seien, hat immer viele Menschen bewegt. Er ist Basis vieler Religionen: »Gott hat die Welt erschaffen und mit ihr Pflanzen, Tiere, Menschen. Was Gott erschaffen hat, ist unbezweifelbar, ist vollkommen. Das vollkommenste Geschöpf - der Mensch - ist sein Ebenbild.«
Sicher ist, daß die meisten biologischen Objekte eine lange Entwicklungsgeschichte hinter sich haben und auf Grund dieser langen Auslese des weniger Effektiven als optimiert gelten können. Viele biologische Objekte, wie beispielsweise einige Einzeller (Bakterien, Radiolarien, Kieselalgen u. a.), haben in ihrer frühen Entwicklungsgeschichte schon einen hohen Vollkommenheitsgrad erreicht und sich seitdem nicht oder kaum verändert. Sie haben über Millionen von Jahren überlebt, zeichnen sich aber zumeist über eine hohe Anpassungsfähigkeit an ihre Umgebung und insbesondere an ihre Wirte aus. Die meisten »höher entwickelten« Lebewesen stehen jedoch noch mitten in ihrer Entwicklung.
Viele heute lebende Organismen sind hochkomplexe Systeme. Inwieweit sie »leicht« sind, ist an sich mit den heute möglichen Methoden der Analyse nur unzureichend feststellbar.
Vom Menschen genutzt wurden Objekte der lebenden Natur schon immer, wie Holz, Haare, Sehnen, Knochen, Häute, Schalen. Neben den Objekten aus dem Bereich der unbelebten Natur, den Steinen und der Erde waren sie die Basis aller Technik. Ob aber solche Stoffe und Objekte der Natur wirklich als nachahmenswerte Vorbilder für technische Erfindungen gedient haben, ist eine nur schwer oder nie beweiskräftig zu klärende Frage. Dabei ist es nur am Rande interessant, ob die Imitation von Objekten der Natur zu irgendeiner Zeit als wünschenswert, »legal« oder als verachtenswert angesehen wurde.
Von heutiger Warte aus gesehen, ist die Nachahmung lebender Konstruktionen keinesfalls mit einem Tabu belegt. Es ist eher das Gegenteil der Fall. Eine neue Wissenschaft, die Bionik, versucht sich zu etablieren mit dem Ziel, (endlich) von der lebenden Natur zu lernen.
Die Nachahmung lebender Konstruktion hat höchstens mit sachlichen Widerständen zu rechnen, besonders weil lebende Konstruktionen unnachahmlich technisch-kompliziert aufgebaut sind und einen hohen Bedarf an Energie zu ihrer Herstellung haben, aber auch weil viele technische Produkte bereits höhere Leistungsfähigkeiten besitzen als die möglichen Vorbilder.
Es gibt keinen technischen Grund dafür, daß der Mensch nicht schon viel früher hätte fliegen können. Das Vorbild Vogel war da, leichte Materialien, kluge Menschen auch. Die ersten wirklich erfolgreichen Versuche zum Fliegen waren Luftfahrzeuge, die leichter als Luft waren, also Ballone, für die es in der Natur kein Vorbild gibt. Die berühmten Imitationsversuche des Vogelflugs im Altertum und Mittelalter scheiterten.
Die modernsten Leichtflugzeuge, die Drachenflieger und Gleitschirme hätten schon vor 5000 Jahren gebaut werden können. Die Technik des Schiffssegelbaus mit hochfesten Naturfasergeweben und Seilen hätte das erlaubt.
Die so häufig erzählten Geschichten, daß Konstrukteure und Architekten des 19. Jahrhunderts lebende Strukturen direkt als Vorbilder für ihre Erfindungen genommen hätten, sind bei genauerem Studium selten haltbar (wie beispielsweise die Geschichte um Paxton und das Seerosenblatt als Vorbild für den Londoner Glaspalast). Die Geschichten wurden erfunden, weil der Vorgang einer Imitation von Vorbildern aus dem Bereich der lebenden Natur leichter verständlich zu machen ist als der Vorgang des Erfindens technischer oder künstlerischer Objekte.
Technik war gegen die Natur gerichtet, nimmt sie auch nicht zum Vorbild. Natürliche Vorbilder können auch nur dann angerufen werden, wenn Leichtbau technologisch entwickelt wird, bis eine Gemeinsamkeit mit der lebenden Natur sichtbar ist oder anders ausgedrückt, bis Naturgesetzlichkeiten ähnliche Formen sichtbar machen.
Wenn Techniker lebende Objekte bewußt zum Vorbild nehmen wollen, dann ist die Beantwortung der Frage: Was ist denn nun bei den zum Vorbild genommenen lebenden Objekten wirklich optimal, eine unerläßliche Voraussetzung.
Hilfreich kann sein, wenn man überhaupt zuerst analysiert, welche Objekte der Natur denn nun fest, leicht oder beides zugleich sind. Wissenschaftlich fundierte Analysen sind unumgänglich. Dazu gehört die Frage nach den verwendeten Materialien und vor allem auch nach den physikalischen Prozessen bei der Formentstehung.
Wie wenig das Vorbild Natur genutzt wurde, zeigt die Geschichte. Die großen Erfindungen der Menschheit (Hammer, Messer, Rad, das gewebte Tuch, der Bogen u. a.) hatten keine biologischen Objekte zum Vorbild.
Ein Grund mag sein, daß die lebende Natur so kompliziert ist, daß es schwer ist, sie wirklich zu erkennen. Ein anderer Grund mag sein, daß der Mensch auf Grund seiner biologisch-genetischen Evolution nur von seinesgleichen lernt.
Es sieht auch so aus, daß Jungtiere intelligenter Tierarten fast ausschließlich von ihren Eltern oder Beziehungstieren lernen, erwachsene Tiere nur von Artgenossen. Gegenstände anderer Herkunft werden nicht als nutzbar angesehen.
Ein Techniker, der die lebende Natur betrachtet, steht fassungslos vor den lebenden Objekten, die so schnell sterben, so empfindlich, so kompliziert, so unnachahmlich und fremd sind. Ein Biologe, der die Technik betrachtet, sieht überall die Unvollkommenheit technischen Tuns.
Beide erkennen heute zunehmend, daß technische und biologische Objekte nie die einzig denkbaren Optima sind, sondern kurzfristige Stationen im Fluß einer einzigen biologisch-technischen Entwicklung ohne auszumachendes Ziel.