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Der Baumschüler

Professor Claus Mattheck löst physikalische Probleme im Wald und schreibt lieber Cartoon-Broschüren statt trockener Lehrbücher. Lange wurde der Dissident verlacht – heute ist er auf dem besten Wege zum Popstar.




"Manchmal haben die Bäume dicke Bäuche. Dann reparieren sie irgendeinen inneren Schaden... So erzählen Bäume uns in ihrer Körpersprache, was ihnen fehlt", erklärt Stupsi. Auf seine belaubten und benadelten Freunde lässt der kleine Igel nichts kommen: "Bäume lügen nicht, sie lügen niemals!!" Das klingt naiv. Doch Stupsis Worte haben Gewicht: Rund um den Globus lernen Forstwirte und Richter, Ingenieure und Kindergartenkinder von dem Pfiffikus mit frecher Nase und karierter Ballonmütze, wie Bäume wachsen, wann sie brechen und warum.

Stupsi bricht mit Konventionen.

Oder sind Comics etwa eine geeignete Form, um Forschungsergebnisse zu publizieren? Ist es nicht unwissenschaftlich, wenn ein Lehrbuch der Mechanik ganz ohne Fachbegriffe und Formeln daherkommt? Ist es nicht peinlich, wenn der Professor einer namhaften Forschungseinrichtung in der Liste seiner Veröffentlichungen Titel wie "Stupsi erklärt den Baum" führt?

Claus Mattheck, geistiger Vater des kleinen Cartoon-Helden, blättert bei solchen Fragen gelassen in einem Mechanik-Lehrbuch der klassischen Art. "Das soll jemand verstehen, der Förster oder Klempner werden will?", fragt er angesichts der Seiten voller Lehrsätze und Endlos-Formeln. Er schüttelt den Kopf mit der eigenwilligen Frisur: "Nein, wir können nicht tief genug hinabsteigen aus den Sphären unserer hohen Wissenschaft." Der Abteilungsleiter für Biomechanik am Institut für Materialforschung II des Forschungszentrums Karlsruhe ist beseelt, manche sagen sogar, besessen von der Idee einer Wissenschaft für jedermann: "Was wir hier machen, bezahlt die Hausfrau genauso wie der Unternehmer. Also sollen auch alle was davon haben." An Anwendungsbeispielen mangelt es dem 55-Jährigen nicht. Ob eine Klopapierhalterung abbreche oder die Aufhängung eines Fahrzeugmotors: Das alles passiere schließlich " nach'n Gesätzen der Mäschanik", wie der gebürtige Dresdener erklärt. Und von den Bäumen, so fügt er an, könnte man eben lernen, bessere Toilettenpapierhalter oder bessere Autos zu bauen.

Dass so etwas möglich ist, auf diese Idee brachte den Physiker vor etwa 20 Jahren eine verkrüppelte Strandkiefer an der französischen Atlantikküste: " Nach allen Regeln der Technik hätte sie abbrechen müssen. Aber sie stand da und trotzte Wind und Wetter." Mattheck begann, Bäume genauer zu betrachten. Und stellte fest, dass statische Wunder quasi zu deren Standardrepertoire gehörten: Weit ausladende, tonnenschwere Äste, die jedem Ingenieur den Angstschweiß auf die Stirn treiben müssten, hielten sogar noch gewaltigen Wind- und Schneelasten stand. Gerissene oder ausgehöhlte Stämme reparierten sich selbst in einer Weise, die die ursprüngliche Stabilität - genügend Zeit vorausgesetzt - tadellos wiederherstellte.

Je tiefer der Wissenschaftler in die Materie eindrang, desto stärker wurde seine Überzeugung: Was er beobachtete, waren keine biologischen Zufälligkeiten, dahinter steckte System. Die Frage war nur: welches?

Die Erklärung, die Mattheck fand, war verblüffend. ,Jeder Baum", so formuliert er seinen wichtigsten Lehrsatz, "strebt nach einer gleichmäßigen Verteilung mechanischer Spannungen an seiner Oberfläche." Sobald Überbeanspruchungen aufträten, reagiere der Organismus mit "lastangepasstem Wachstum". An der betroffenen Stelle werde so viel Material etwa in Gestalt von Rippen, Wülsten oder Brettwurzeln angelagert, bis die Überbeanspruchung beseitigt sei.

Die Skepsis gegenüber Matthecks Thesen war interdisziplinär, die Zweifler unter Biologen, Baumexperten und Ingenieuren gleichermaßen vertreten. Was verstanden Pflanzen schon von Physik? Was verstand ein Physiker schon von Pflanzen?

Auf die Frage "Wie wird man eigentlich wie Sie?" , antwortet Mattheck: "Zwei Jahre Stasi-Knast." Doch Mattheck, der 1978 aus der DDR in den Westen abgeschobene Dissident, war es gewohnt, herrschende Meinungen nicht als Wahrheiten hinzunehmen: "Was ich gesagt hatte, war empirisch belegbar. Jeder, der es sehen wollte, konnte in den nächsten Wald gehen und es nachprüfen." Ihn trieb etwas ganz anderes: Sah er doch in dem "Naturheilverfahren" der Bäume den Schlüssel, um eines der größten Probleme der angewandten Mechanik besser in den Griff zu bekommen - die Kerbspannungen. Der weitaus größte Teil aller Ermüdungsversagen bei Bauteilen beginnt nämlich, wie zum Beispiel auch am Radreifen des Unglücks-ICE von Eschede, mit einem kleinen Defekt, an der sich durch Kraftumlenkungen Zug- und Druckspannungen vervielfachen, sodass schließlich ein Riss entsteht. "Wenn Bäume es schaffen, solche Defekte durch gezieltes Wachstum auszumerzen", fragte sich der Querdenker Ende der achtziger Jahre, "warum lassen wir dann Maschinenkomponenten nicht nach dem Vorbild der Bäume wachsen, um Kerbspannungen von vornherein zu vermeiden?" Mattheck war wild entschlossen, dieser Idee nachzugehen. Was viele Kollegen erstaunte, es gelang ihm, im damaligen Kernforschungszentrum Karlsruhe Geld für das exotische Projekt lockerzumachen.

Die, die Mattheck kannten, zeigten sich wenig überrascht: "Sein Enthusiasmus ist absolut ansteckend", sagt Matthias Teschner, 36, der in jener Zeit an der Universität Karlsruhe erste Vorlesungen des damaligen Privatdozenten über Biomechanik hörte. "1988 waren diese Kurse noch familiäre Veranstaltungen. Heute quellen die Säle über, wenn Mattheck kommt. Weil die Studenten bei ihm verstehen, was sie vorher nur berechnet haben." Das gilt offensichtlich nicht nur in Karlsruhe. Bis zu 60 Vorträge in aller Welt hält Mattheck pro Jahr; Einladungen führen ihn regelmäßig bis nach Singapur, Australien und in die USA. Im vergangenen Sommer begeisterte er in Seattle zum Beispiel 1700 Park- und Forstfachleute mit einem Vortrag über die von ihm entwickelte Methode zur Visuellen Baumkontrolle (Visual Tree Assessment/VTA). Wegen eines Ausfalls der Vortragstechnik seines Anschauungsmaterials beraubt, schlüpfte der Professor kurzerhand selbst in die Rollen von Stupsi und seinem neuen Cartoon-Helden Pauli, der Bär. Herumstehendes Mobiliar benutzte er, um Zug- und Druckkräfte zu veranschaulichen, wrang die Jacke zu einem Seil, um die Spannungen in einem verdrehten Baum zu zeigen, und bog sich auf der Bühne nach links und rechts, um die Faltenbildung an der Baumrinde zu demonstrieren. Jede Geste unterstützte er durch typisch Matthecksche Sprachbilder in sächsischem Englisch. So legten Bäume in seinen Beschreibungen "die Ohren an", um ihre Windangriffsfläche zu verkleinern, und bildeten "Pinocchio-Nasen", um Risse im Stamm zu heilen.

Der anschließende Applaus im Seattle Convention Center erinnerte eher an eine Show denn an eine wissenschaftliche Veranstaltung. Über zwei Stunden lang musste der Deutsche dann "Claus Mattheck" auf die Umschläge seiner Bücher schreiben. Eine Autogramm-Orgie wie bei einem Popstar.

Wenn Wissenschaft wirklich eine Kunst ist, ist dieser Mann vielleicht die Idealbesetzung, auch äußerlich: Ob auf seinen Streifzügen mit Staffordshire-Bullterrier Maxi durch den Pfälzer Wald, als Gutachter vor Gericht oder bei Vortragsreisen in alle Welt - nie wird man den Einmeterneunzig-Hühnen anders erleben als mit nackenlanger Schüttelfrisur und Sonnenbrille, kniehohen Schaftstiefeln und einem Anzug aus dunklem Ziegenleder.

Als ein Zuhörer den Referenten nach einem Vortrag einmal rundheraus fragte: "Wie wird man eigentlich wie Sie?", fiel die Antwort knapp und überraschend aus: "Zwei Jahre Stasi-Knast." "Mattheck ist einer, der sich nicht einsperren lässt. Er sagt, was er denkt, lebt, wie er denkt, kleidet sich, wie er denkt", sagt Matthias Teschner über seinen einstigen Chef, bei dem er 1994 promoviert und mit dem er anschließend noch drei Jahre am Karlsruher Forschungszentrum gearbeitet hat.

Heute konstruiert und optimiert Teschner Komponenten bei einem Automobilzulieferer in Ludwigsburg. Dort tragen die Mattheckschen Methoden längst Früchte: "Indem wir Kerbspannungen nach dem Vorbild der Bäume ausschalteten, konnten wir die Lebensdauer vieler Komponenten erhöhen, teilweise um das Hundertfache", erklärt Teschner. Doch längst simuliert sein Team nicht mehr nur natürliches Wachstum am Computer, "wir sind inzwischen mit einem ähnlichen Verfahren in der Lage, überschüssiges Material zu identifizieren und ,wegzuschmelzen'. Das spart am Auto unnötiges Gewicht und unnötige Kosten." Dieses Prinzip hat sich Claus Mattheck bei Menschen- und Tierknochen abgeschaut: "Alles, was rennt, muss möglichst leicht sein. Deshalb besitzen unsere Knochen im Gegensatz zu Bäumen die Fähigkeit, Material in ihrem Inneren abzubauen. Und zwar so, dass genau die wirklich wichtigen Bereiche übrig bleiben. Dieser Prozess lässt sich am Rechner nachbilden." Um die ideale Form eines Bauteils zu finden, gibt Matthias Teschner in seinen Computer einen ungefähren Designvorschlag sowie den maximalen Raum ein, der für das Teil - zum Beispiel im Bereich eines Fahrzeugmotors - zur Verfügung steht. Anschließend definiert er die Lager, in denen die Komponente gehalten wird, und die Kräfte, denen sie ausgesetzt ist.

Daraufhin werden die Spannungen an der Materialoberfläche als farbige Flecken sichtbar. Einige Tastendrucke später beginnt sich das Bauteil wie von Geisterhand zu verändern. In mehreren Wachstums- und Schrumpfungsprozessen wird aus dem ursprünglichen Klotz ein filigranes Gebilde, und alle farbigen Flecken, also Spannungen, verschwinden.

"Es gibt natürlich andere Optimierungs-Tools, die nicht von natürlichen Vorbildern ausgehen, sondern rein mathematisch funktionieren. Die können im Prinzip noch viel mehr", räumt Claus Mattheck ein. "Aber unser Trumpf sind Schnelligkeit und einfache Bedienbarkeit." Das bestätigt auch Klemens Rother, Chef-Consultant bei der Münchener CAD-FEM GmbH, einem Spezialanbieter von Konstruktions- und Simulations-Software. "Die herkömmlichen, mathematischen Verfahren sind meist so komplex, dass nur besonders geschulte Spezialisten damit umgehen können. Viele Konstrukteure trauen sich da nach unseren Erfährungen gar nicht ran und greifen lieber zu Formelsammlungen und Taschenrechner." Um möglichst vielen Anwendern ein einfaches Werkzeug an die Hand zu geben, haben die Münchener, wie andere Software-Anbieter auch, Matthecks CAO-Methode (Computer Aided Optimization) in eines ihrer Programmpakete integriert. Rother: " Die CAO-Bedienung können Computernutzer in wenigen Tagen erlernen, etwa so wie ein Bildbearbeitungsprogramm." Wissenschaft für jedermann.

Doch wer Kompliziertes einfach macht, verbreitet nicht nur Freude, sondern auch Angst. Ein Ingenieur, der Maschinenteile auf Matthecks Computerbildschirm wachsen sah, fragte besorgt: "Wozu braucht man mich dann noch?" Der Professor konnte ihn zumindest teilweise beruhigen. Natürlich würden durch solche Verfähren Entwicklungsprozesse rationalisiert, weniger Prototypen benötigt und Testreihen verkürzt, räumte er ein. " Aber Optimierung heißt immer auch Spezialisierung von Bauteilen. Damit wird der, der die Software bedient, wichtiger. Nicht überflüssig." Unheimlich ist Claus Mattheck seinen Mitmenschen auch dann, wenn er, wie so oft, in fremden Revieren wildert. Als er zu Beginn der neunziger Jahre etwa seine Methode der Visuellen Baumkontrolle der Öffentlichkeit vorstellte, trauten viele etablierte Sachverständige ihren Ohren nicht. Auch Hans-Joachim Hötzel, unter deutschen Juristen einer der rührenden Baumexperten, gibt zu, den Thesen des Karlsruhers anfangs "vorsichtig bis skeptisch" gegenübergestanden zu haben. Anhand der Körpersprache eines Baumes Aussagen über dessen inneres Befinden, seine Standfestigkeit und eventuelle Gefahrenpotenziale treffen zu können, das schien nach allem, was die Experten wussten, mehr als gewagt. Bis dahin wurden technisch teilweise sehr aufwändige und teure Verfahren eingesetzt, um solche Prognosen abzugeben - bis hin zu Zugversuchen, die Belastungen bei Sturm simulierten.

Dass nun plötzlich der Augenschein genügen sollte, das sahen einige Sachverständige als Anschlag auf ihre Berufsehre, vielleicht sogar auf ihre Existenz an. Entsprechend heftig war die Gegenwehr. Das abfällige Wort vom "Ingenieurbaum" machte die Runde. Mattheck und seinen Mitarbeitern wurde in jahrelangen Debatten mangelhafte Sachkenntnis vorgeworfen, ihr Ansatz mehrfach für widerlegt erklärt.

"Der Professor reagierte auf persönliche Attacken eigentlich nie mit Gegenangriffen, sondern konzentrierte sich darauf, seine eigenen Argumente zu untermauern und noch besser zu verkaufen", erinnert sich Achim Zipse, der in jener Zeit als Doktorand in Matthecks Team arbeitete. "Wenn es sein musste, ist er als Sachverständiger sogar mit einer Schubkarre voll Holz in den Gerichtssaal gefahren." Der Hüne mit Schüttelfrisur, Sonnenbrille und Ziegenlederanzug ist in jeder Lebenslage kreativ Genau dort wurde der Disput letztlich auch entschieden: "Nachdem die VTA-Methode in Deutschland bei etwa 25 Urteilen verschiedener Instanzen als Entscheidungsgrundlage diente, kann man sie mit Fug und Recht als juristisch abgesichert bezeichnen", attestiert Professor Hötzel. Die meisten Grabenkämpfer hätten ihren Dauerbeschuss eingestellt, als selbst der Bundesgerichtshof 1997 keine Vorbehalte gegenüber Matthecks visueller Methode anmeldete.

Hötzel, der als Abteilungsdirektor der Landwirtschaftskammer Rheinland für die Ausbildung von Baumsachverständigen verantwortlich zeichnet, zählte nach anfänglicher Zurückhaltung zu den frühen Fürsprechern von VTA. Deren Erfinder bescheinigt er "eine unglaubliche Innovationskraft", mit der dieser selbst die eigene Methodik ständig hinterfrage und weiter voranbringe.

So erkannten Mattheck und seine Mitarbeiter als Erste, dass die Bruchgefahr (im Fachjargon Versagensrate) von Bäumen steigt, sobald das Verhältnis aus Höhe und Stammdurchmesser die Zahl 50 überschreitet. Sie fanden heraus, wie bestimmte Risse im Stammfuß entstehen, die zwar oft beobachtet, aber nie erklärt werden konnten. Sie entdeckten, dass sogar Baumpilze eine " Körpersprache" haben, die viel über die Fäulnisentwicklung im darunter liegenden Holz erzählt. Und sie entwickelten einfache, tragbare Messgeräte zur Bestimmung mechanischer Parameter am lebenden Baum.

"Ich habe selten ein Wissenschaftlerteam erlebt, das so viele und so vielfältige Ergebnisse produziert", sagt Konrad Götz, ein früherer Doktorand, der heute bei DaimlerChrysler arbeitet. "Mattheck ist ein richtiger Sklaventreiber", fügt er hochachtungsvoll an, "aber einer, der die Peitsche gegen Begeisterung eingetauscht hat." Es sei nichts Außergewöhnliches, wenn der Professor mitten in der Nacht bei einem Mitarbeiter anrufe, um sich mit ihm über einen neuen Einfall auszutauschen. "Es gibt praktisch keine Lebenslage, in der Mattheck nicht kreativ ist." Selbst in der Strafvollzugsanstalt Cottbus, wo er 1976 nach einem missglückten Fluchtversuch über die Ostsee interniert wurde, weigerte sich Mattheck, sein " Gehirn an der Zellentür abzugeben", wie er es nennt.

Unter den zwölf Zelleninsassen war zufällig ein Frauenarzt, der sich vor seiner Internierung mit den Folgen von Durchblutungsstörungen bei Schwangerschaften beschäftigt hatte. "Zu zweit haben wir, um nicht zu verkalken, die Sauerstoffversorgung von Föten über die Plazenta durchgerechnet", schmunzelt Mattheck. Ohne auf Bücher oder Hilfsmittel zugreifen zu können, kritzelten die beiden Schicksalsgefährten so nach und nach auf ein paar Fetzen Papier einen neuen Ansatz, um das Risiko frühkindlicher Hirnschädigungen besser vorhersagen zu können. "Er kannte die Biologie, ich die Physik", freut sich Mattheck noch heute diebisch über die "innerzellulare Zusammenarbeit", die nach der Ausbürgerung zu einer Reihe wissenschaftlicher Veröffentlichungen führte: "Wir haben sozusagen hinter DDR-Gittern unser erstes Westgeld verdient." Nicht die einzige Mitgift, die er nach knochenharten zwei Jahren und drei Tagen im Cottbuser Strafvollzug mit in die andere Republik nahm: "Ich habe auch gelernt, dass Eliten eine Menge Unheil anrichten, wenn sie sich anmaßen, allein über Wahr und Falsch zu entscheiden." Eben deshalb verwandte Mattheck weniger Kraft darauf, Wissenschaftler mit anderen Ansichten zu bekehren, sondern suchte vor allem Kontakt zu den Anwendern: "Wenn die Erfolg haben, kann ich doch jedem Expertenstreit gelassen entgegensehen und wunderbar damit leben, dass neben meinen Vorstellungen noch andere existieren." Die Bilanz des Professors kann sich sehen lassen: Komponenten, die nach Vorbild des Baum- und Knochenwachstums optimiert wurden, finden sich heute in Waschmaschinen und künstlichen Hüftprothesen, in Zahnimplantaten und Kraftfahrzeugen. Die Methode der Visuellen Baumkontrolle ist auf dem besten Wege, ein international akzeptierter Standard zu werden. Igel Stupsi avancierte zum Bestseller unter den Mechanik-Lehrbüchern: In sieben Sprachen, darunter ins Finnische und Japanische übersetzt und mit mehreren Preisen geehrt, wurde es bereits mehr als 25 000-mal verkauft. Im vergangenen Jahr erschien der Nachfolge-Band "Mechanik am Baum. Erläutert mit einfühlsamen Worten von Pauli dem Bär".

Zurzeit arbeitet Claus Mattheck an seiner dritten Cartoon-Broschüre mit dem Titel "Warum alles kaputt geht". Damit will der Mechanik-Professor technischen Laien auf gewohnt witzige und lehrsame Weise helfen, "den Blick für Fehlkonstruktionen zu schärfen, die im Alltag allgegenwärtig sind".

Wissenschaft für jedermann eben.

Einige Bücher von Claus Mattheck Stupsi erläutert den Baum - Ein Igel lehrt die Körpersprache der Bäume. Forschungszentrum Karlsruhe, 1999; 115 Seiten; 20 Euro Mechanik am Baum - Erläutert mit einfühlsamen Worten von Pauli dem Bär. Forschungszentrum Karlsruhe, 2002; 130 Seiten; 25 Euro Design in der Natur - Der Baum als Lehrmeister, Rombach Verlag, 1997; 325 Seiten; 39,90 Euro Im Netz gibt es u. a. kleine Leseproben von Stupsi: www.stupsi.de