Transportwege optimieren - Verzweigung von Leitbündeln

Von der Natur …

Um Wasser und Nährstoffe von den Wurzeln in alle Zellen zu transportieren, besitzen Pflanzen ein ausgeklügeltes Transportsystem aus Leitgewebe.

Das Verzweigungsmuster der Leitbündel  ist Ansatzpunkt für bionische Forschung, denn die Evolution hat deren Verlauf so optimiert, dass alle Zellen möglichst gleichmäßig und effizient versorgt werden. Einige Moose und Farne sowie der Ginkgo erreichen das durch dichotome Verzweigung: Dabei teilt sich eine Achse immer wiederY-förmig in zwei gleichartige Äste.

… in die Technik

Ein Anwendungsbereich für optimierte Transportleitungen sind Solarabsorber, zum Beispiel für Sonnenkollektoren. Diese nehmen Sonnenenergie auf, erwärmen sich dadurch und geben diese Wärme an ein Wärmeträger-Medium ab. Bislang genutzte Mäanderabsorber weisen jedoch hohe Druckverluste auf. Harfenabsorber halten den Druck besser, werden aber ungleichmäßig durchströmt. Die dichotome Verzweigungsstruktur nach dem Vorbild der Natur vereint die beiden gewünschten Eigenschaften: gleichmäßige Durchströmung bei gleichzeitig niedrigem Druckverlust.

Bildunterschriften:

Blattfieder des Frauenhaarfarns mit dichotomer Verzweigung der Leitbündel.

Prototyp des bionisch inspirierten Solarabsorbers FrakTherm^®

Mäander-, Harfen- und bionischer Solarabsorber im Vergleich.

Text der Informationstafel im Botanischen Garten