Energiesparwunder Pinguin

Königspinguine mit einem Jungpinguin in der Mitte.

Bionik

Energiesparwunder Pinguin

Von Tobias Schlößer

Die Evolution ist die Triebfeder für die Weiterentwicklung aller Lebewesen. Im Laufe von Jahrmillionen passen sie sich immer besser an ihre Lebensräume an. Ein erstaunliches Beispiel für die Optimierung der Körperform ist der Pinguin. Er kann sich dank seiner strömungsgünstigen Eigenschaften ohne großen Energieverlust im Wasser fortbewegen.

Leben unter Extrembedingungen

Eigentlich gehören Pinguine zu den Vögeln. Doch Federn und Flügel haben sich zurückgebildet und umgewandelt. Als Anpassung an den antarktischen Lebensraum besitzen Pinguine heute flügelartige Flossen und einen stromlinienförmigen Körper. Denn ihr Jagdrevier ist mittlerweile das Wasser. Ans Festland, wo sie sich eher behäbig fortbewegen, kommen Pinguine nur noch, um zu schlafen und zu brüten.

Pinguine wurden im Laufe der Evolution zu perfekten Schwimmern, die sogar mehrere hundert Meter tief tauchen können. Ihre Beutezüge im kalten Nass können sechs bis acht Stunden andauern. Manchmal legen sie dabei bis zu 80 Kilometer am Stück zurück.

Die extreme Kälte und das knappe Nahrungsangebot erfordern einen sehr effizienten Umgang mit den Energieressourcen ihrer Körper. Gerade einmal ein Kilogramm Krill (Kleinkrebse) verbrennt ein Adelie-Pinguin auf einer Strecke von 100 Kilometern. Mit der Energie aus einem Liter Benzin käme er umgerechnet 1500 Kilometer weit.

Strömungsgünstiger als ein Sportwagen

Der Grund für die energiesparende Fortbewegung des Pinguins ist seine enorm strömungsgünstige spindelartige Körperform. Mithilfe von Strömungsversuchen im Wasserkanal haben Forscher für Pinguine Widerstandsbeiwerte (cw-Werte) von unter 0,04 ermittelt. Schon das Profil eines Sportwagens erzeugt einen zehnmal größeren Widerstand, was sich auch in einem entsprechend größeren Energieverbrauch niederschlägt.

Den Vergleich mit eigens für das Wasser entwickelten Profilen von Schiffen oder Tauchbooten braucht der Pinguin nicht zu scheuen. Seine Körperform ist Vorbild für Bioniker, um strömungsgünstigere Wasserfahrzeuge zu entwickeln.

Erstaunlicherweise sind neben der spindelartigen Form gerade auch die stufenweisen Verdickungen und Verjüngungen – vom dünnen Schnabel zum dickeren Kopf über den schmaleren Hals zum massigen Körper – für die herausragenden hydrodynamischen Eigenschaften des Pinguins verantwortlich. Die Übergänge verhindern, dass die Umströmung beim Schwimmen vorzeitig abreißt und dadurch den Strömungswiderstand erhöht.

Ein Pinguinpaar

Die Körperform des Pinguins ist ein Vorbild für Bioniker

Vorbild für Unterwasserfahrzeuge

Die erstaunlich widerstandsarme Körperform ermöglicht Pinguinen nicht nur Langstreckenjagden unter Wasser, sie ist auch das ideale Vorbild für das Design energieeffizienter Fahrzeuge. Die Pinguinform dient unter anderem als Grundlage für Prototypen von Unterwasser-Robotern. Denn für die Fortbewegung im Medium Wasser ist eine strömungsgünstige Form besonders wichtig. Da Wasser rund tausendmal dichter ist als Luft, ist dort mit erheblich größeren Widerstandskräften zu rechnen.

Auch andere Wassertiere wie Fische, Robben und Delfine haben deshalb einen langgestreckten, stromlinienförmigen Körperbau. Als technisches Vorbild für Fahrzeuge sticht die Körperform des Pinguins hervor, weil dessen Rumpf unter Wasser relativ starr bleibt. Pinguine beschränken sich weitgehend auf das Paddeln mit ihren Flossen, während die meisten anderen Wassertiere Bewegungen des gesamten Rumpfs zur Fortbewegung nutzen.

Aufnahme eines Delfins

Auch Delfine haben einen stromlinienförmigen Körperbau

Sprints im Luftblasenschleier

Pinguine sind wahre Sprinter unter Wasser. Neben ihrer spindelartigen Körperform trägt noch ein weiterer Effekt zu Spitzengeschwindigkeiten bei. Ein Luftpolster zwischen den rudimentären Federn senkt zusätzlich den Strömungswiderstand.

Außerdem schützt das Federkleid mit Luftpolster gut gegen die Kälte. Bei schnellem Schwimmen werden diese Luftbläschen allerdings von dem umströmenden Wasser aus dem Federkleid herausgezogen und umschließen die Körperoberfläche des Pinguins wie ein luftiger Schleier. Das so entstandene Wasser-Luft-Gemisch setzt die Reibung am Pinguin stark herab.

Die theoretisch möglichen, großen Energieeinsparungen durch einen solchen Bläschenschleier sind auch von technischem Interesse. Bei Binnenschiffen der neuesten Generation wird mit Düsen unter dem Schiffsrumpf experimentiert. Sie sollen einen Luftbläschenteppich erzeugen, auf dem sich das Schiff widerstandsarm vorwärtsbewegt.

Weiterführende Infos

Stand: 17.08.2016, 13:16

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