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Vorbild für die Materialwissenschaft Bienen verstärken Honigwaben

Um ihre Bienenstöcke vor Temperaturschwankungen zu schützen, verstärken Bienen ihre Waben mit Seidenfasern. Dieses Prinzip könnte bei der Entwicklung neuer Materialien bedeutsam werden.

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Nicht nur die äußere Geometrie, sondern auch die Mikrostruktur von Bienenwaben ist für Wissenschaftler interessant.

(Foto: picture-alliance / dpa/dpaweb)

Bei der Entwicklung neuer Werkstoffe könnten sich Materialwissenschaftler die Bienen zum Vorbild nehmen: Die Insekten verstärken und versteifen ihre Honigwaben fortwährend mit Seidenfasern, um deren Belastbarkeit zu erhöhen, berichten Wissenschaftler in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaften (PNAS). Die Bienenstöcke würden dadurch vor einem Kollaps bei Temperaturerhöhungen geschützt. Neue Verbundwerkstoffe, die ähnliche Bauprinzipien berücksichtigten, eigneten sich vor allem für Anwendungen in der Raumfahrt, wo es zu starken Temperaturschwankungen komme.

Die Waben des Bienenstocks sind vorrangig aus Wachs gebaut. Sie werden genutzt, um Honig und Pollen zu lagern und die Brut aufzuziehen. In die Waben werden die befruchteten Eier abgelegt. Aus den Eiern schlüpfen Larven, die sich vor ihrer Verpuppung mit einem Seidenkokon umgeben. Nachdem die Metamorphose zu den fertigen Bienen abgeschlossen ist, bleibt der Kokon in den Waben zurück. Er wird dann von den Arbeitsbienen des Stocks mit Wachs umlagert und so in die Waben integriert. Kai Zhang von der Universität Peking und Mitarbeiter zeigten nun, dass mit dem Wachstum der Wabe die Dicke der Wabenwand sowie ihre Steifigkeit und Festigkeit zunimmt.

Bisher nur äußere Geometrie berücksichtigt

Während eine junge Wabe aus einer einheitlichen Wachsschicht besteht, wird mit zunehmendem Alter schichtartig Material auf die Wabenwand aufgelagert. Bei diesem Material handelt es sich um ein Wachs-Seide-Gemisch, berichten die Wissenschaftler. Eine ein Jahr alte Wabe enthalte einen Seidenanteil von rund 33 Prozent. Durch diese Bauweise verdreifache sich die Schersteifigkeit der Wabe innerhalb eines Jahres, die Scherfestigkeit vervierfache sich.

Temperaturerhöhungen blieben dadurch folgenlos, zeigten weitere Untersuchungen. Es ist bekannt, dass die Temperatur in einem Bienenstock von den durchschnittlich 25 Grad Celsius auf 45 Grad Celsius steigen kann. Bisherige Versuche, die Bauprinzipien der Bienenwabe bei der Entwicklung neuer Materialien zu imitieren, hätten stets nur die äußere Geometrie berücksichtigt. Künftig müssten auch die Mikrostrukturen nachgeahmt werden, etwa durch Auflagerungen bestimmter Materialien auf das Grundgerüst.

Quelle: n-tv.de, dpa

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