Mehr als Science-Fiction: Fakt und Fiktion bei Iron Man

Mit einem Haufen Schrott zur High-Tech-Rüstung: Ist Iron-Man einfach ein Science-Fiction-Held oder doch nur seiner Zeit voraus? Ich habe dem Elektrotechniker unter den Superhelden einem Realitätscheck unterzogen.

Kurz zur Geschichte: Erschaffen wurde Iron Man alias Anthony Edward Stark von Stan Lee und Larry Lieber und von Don Heck und Jack Kirby gezeichnet. Im März 1963 hatte er seinen ersten Auftritt.

Recycling mal anders: aus Tony Stark wird Iron Mans

Nach dem Tod seiner Eltern übernimmt Tony Stark den Familienbetrieb Stark Industries, der unter anderem im Auftrag der Regierung Waffensysteme entwickelt. Nach einer Bombenexplosion, bei der ihn drei Granatsplitter nahe am Herz verletzen, wurde er gefangen genommen. In Gefangenschaft erschuf er mit dem mitgefangenen (fiktiven) Physik-Nobelpreisträger Ho Yinsen seine erste Rüstung, der er seinen Namen verdankt: Iron Man.

Die Rüstung ist ein hochentwickelter Exoskelett-Anzug, der mit einer Vielzahl von Technologien ausgestattet ist. Bis heute hat Iron Man seine Rüstung viele Male überholt und mit verschiedenen Eigenschaften versehen. Leider kann ich nicht sagen, wie viel Anzüge es bis jetzt insgesamt gab, denn ich habe weder alle Filme gesehen noch alle Comics gelesen. Sollte ich im Folgenden deshalb etwas falsch darstellen, möge mich ein Iron-Man-Experte, der es besser weiß, gerne korrigieren.

Der Anzug: ein multifunktionales Exoskelett

Abgeschaut von den Gliederfüßern wie Insekten oder Hummern sind Exoskelette tragbare Vorrichtungen, die die körperliche Leistungsfähigkeit verstärken. Sie sind quasi am Körper tragbare Roboter oder Maschinen. Momentan werden sie vor allem in der Medizin eingesetzt, um zum Beispiel bei der Rehabilitation nach Verletzungen zu helfen.

Allerdings gibt es auch in der Industrie und im Militär Einsatzmöglichkeiten. So kann ein Exoskelett Menschen dabei helfen, schwere Lasten zu heben und zu bewegen. Es verfügt über elektrische oder hydraulische Antriebseinheiten an Gelenken wie Knien und Hüften, um zusätzliche Kraft bereitzustellen. Sensoren erfassen die Bewegungsabsichten des Trägers, und ein Mikroprozessor steuert die Antriebseinheiten, um die Bewegungen zu unterstützen.

Lässt sich ein Iron-Man-Anzug mit aktuellen Jetpacks realisieren?

So weit von der Realität entfernt ist die Idee vom also Iron-Man-Anzug nicht. Und mit aktuellen Jetpacks können wir uns auch wie Iron-Man in die Lüfte erheben. Sie funktionieren nach dem Rückstoßprinzip: Düsen stoßen Gase oder Flüssigkeiten mit hohem Druck aus. Diese Aktion erzeugt einen Rückstoß, der den Träger in die Luft hebt. Steuern kann man diese Jetpacks, indem man die Richtung und Stärke des Ausstoßes verändert, oft mit Hilfe von Hand- oder Körperbewegungen. So lassen sich Geschwindigkeiten bis zu 100 km/h erreichen. Für die doppelte Schallgeschwindigkeit wie bei Iron Man reicht es aber nicht.

Ich als Physikerin finde: Zum Glück! Denn würden wir aus dieser Geschwindigkeit so abrupt abbremsen oder beschleunigen wie Iron Man wären wir durch die enormen Kräfte, die auf uns wirken sofort tot. Das lässt sich mit ein bisschen Physik erklären. Die Kraft, die hier auf den Körper wirkt, ist gegeben als die Masse mal die Beschleunigung. Würden wir wie Iron Man innerhalb von 0,5 s von einfacher Schallgeschwindigkeit auf doppelte Schallgeschwindigkeit beschleunigen, würde auf unseren Körper eine Kraft wirken, die in etwa 70-mal unserem Körpergewicht entspricht. Je nach dem, in welche Richtung die Beschleunigung geht, bekämen wir schon bei einer weit geringeren Kraft Gehirnblutungen (Bewegung nach unten), würden ohnmächtig (Bewegung nach oben) oder könnten durch die Kraft auf den Brustkorb schlicht nicht mehr atmen (waagrechte Bewegung).

KI und Steuerung durch Gedanken: der Realität gar nicht so fern?

Andere Technologien, die Iron Man verwendet, sind realistischer. Um sein Haus zu steuern, verwendet er die künstliche Intelligenz J.A.R.V.I.S. (Just A Rather Very Intelligent System), die sich von aktuellen Smart-Home-Systemen gar nicht so sehr unterschiedet. Später steuert die KI auch seine Anzüge.

Aber nicht nur die KI, auch Iron Mans eigene Gedanken können später den Anzug steuern. Was für mich damals sehr nach Science-Fiction klang, ist dank Gehirn-Computer-Schnittstellen gar nicht mehr so utopisch.

Ein Brain-Computer-Interface (BCI) stellt eine direkte Kommunikationsbrücke zwischen dem menschlichen Gehirn und externen Geräten oder Computersystemen dar. Ziel eines BCI ist es, Gedanken oder Gehirnaktivitäten in Befehle umzuwandeln, die von einem Computer oder einem anderen Gerät ausgeführt werden können, ohne dass motorische Bewegungen erforderlich sind.

BCIs nutzen verschiedene Methoden, um die neuronale Aktivität des Gehirns zu erfassen und zu interpretieren. Nicht-invasive Methoden, wie EEG (Elektroenzephalografie), messen die Gehirnaktivität über Sensoren, die auf der Kopfhaut platziert werden. Bei der invasive Methoden werden Elektroden direkt in das Gehirn implantiert. Die erfassten Signale werden dann analysiert und in Befehle umgewandelt, die ein Computer oder ein anderes angeschlossenes Gerät ausführen kann. Diese Umwandlung erfolgt mithilfe von Algorithmen, die lernen, spezifische Muster der Gehirnaktivität mit bestimmten Befehlen oder Absichten zu verknüpfen.

BCIs haben eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. z. B. ermöglichen sie es Menschen mit schweren körperlichen Beeinträchtigungen, durch Gedanken Computer oder Sprachgeneratoren zu steuern. Außerdem kann die BCI-Technologie verwendet werden, um künstliche Gliedmaßen oder Exoskelette mit dem Gehirn des Benutzers zu verbinden, sodass diese durch Gedanken gesteuert werden können.

Leider hört die Realität an dieser Stelle wieder auf, denn was der Iron-Man-Anzug noch kann, ist Fiktion pur: Iron Man trägt seinen Anzug nicht komplett, sondern zerlegt in Nanopartikel bei sich. Durch implantierte Nanobots kann Iron Man die Nanopartikel an seinem Körper den Anzug bilden lassen.

Ein Anzug der sich aus Nanopartikel selbst aufbaut: Kann das funktionieren?

Nanopartikeln, die in der Größenordnung von 1 bis 100 nm liegen (1 nm = 10^-9 m), also ein Milliardstel Meter, sind aktuell tatsächlich ein Forschungsgebiet.

In der Medizin können z. B. knochenbildende Nanopartikel die Knochenersatzmasse durch natürlichen Knochen ersetzen. Ein Ziel der Nanobiotechnologie ist die Kopplung biologischer und elektronischer Systeme. So sind inzwischen schon Rattennervenzellen in Silizium-Halbleiterstrukturen eingebaut worden, die eine direkte Übertragung der Nervenimpulse in Form elektronischer Signale ermöglichen. Über diesen Weg lassen sich beispielsweise Sehnerven direkt stimulieren, so dass Blinde ein grob gerastertes Bild wahrnehmen und schwarz-weiß unterscheiden können.

Auch Nanobots, Maschinen deren Komponenten auf oder nahe der Nanometerskala rangieren, sind durchaus ein aktueller Forschungsbereich mit Potential. Ihre Funktionsweise basiert auf Nanotechnologie-Prinzipien und kann durch chemische Reaktionen, magnetische Felder oder Licht angetrieben werden, gesteuert durch externe Systeme oder eingebaute Logik für autonome Aufgaben.

Obwohl noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, wurden bereits einige molekulare Maschinen und Nanomotoren getestet, wie z. B. ein Sensor mit einem etwa 1,5 nm großen Schalter, der spezifische Moleküle zählen kann. Die ersten nützlichen Anwendungen könnten in der Nanomedizin liegen, zum Beispiel bei der Identifizierung und Zerstörung von Krebszellen oder der Erkennung von toxischen Chemikalien.

Komplett aus der Luft gegriffen ist die Idee vom Anzug aus Nanopartikeln, der sich selbst bildet nicht. Es gibt immerhin Nanopartikel, die sich unter bestimmten Bedingungen in Schichten z. B. auf Metallen selbst organisieren. Solche self-assembled Monolayer können z. B. mit maßgeschneiderten elektronischen Eigenschaften designet und in der Nanoelektronik eingesetzt werden. Außerdem gibt es in der organischen Chemie Konzepte für die künstliche Selbstreplikation auf molekularer Ebene, inspiriert von den biologischen Prozessen der Selbstreplikation, wie sie in DNA und RNA vorkommen. Diese Konzepte beziehen sich auf die Entwicklung von Molekülen, die die Fähigkeit haben, Kopien von sich selbst aus einer Menge von Bausteinen zu erzeugen. Auch Nanobots-Implantate müssen keine bloße Science-Fiction bleiben. Immerhin gibt es bereits Implantate im Mikrometer-Bereich. Unter die Haut implantiert dienen sie z. B. der Gesundheitsüberwachung oder sogar zur Identifikation.

Aber Nanopartikel, die eine so komplexe Struktur wie den Iron-Man-Anzug inklusive aller Funktionen und Waffen selbst bilden kann, werden wir wohl auch in Zukunft nur im Marvel-Universum finden.

Energieversogung durch einen Fusionsreaktor: Was hätte Einstein gesagt?

Damit dieser besondere Anzug funktioniert, braucht er Energie. Dafür hat Tony Stark mal eben einen speziellen kompakten Fusionsreaktor gebastelt, der in groß Stark Industries mit Strom versorgt. Dieser Arc-Reaktor liefert nicht nur die Energie für seinen Anzug, sondern er erhält Iron-Man am Leben, denn er hält die Granatsplitter davon ab, in sein Herz vorzudringen.

Als Physikerin muss ich hier leider sagen: Iron-Man hätte sich die Splitter doch lieber entfernen sollen, denn der Arc-Reaktor ist nicht nur unmöglich, sondern in der Brust eingebaut auch absolut tödlich.

Fangen wir am Anfang an:

Der Arc-Reaktor funktioniert nach meinem Recherchen nach dem Fusions-Prinzip. Das heißt, Energie wird bei dem Verschmelzen von Atomkernen unter extrem hohen Temperaturen und Drücken freigesetzt.

Allerdings befindet sich die Technologie noch in der Entwicklung und es ist erst in einzelnen Versuchen gelungen, eine positive Energiebilanz zu erhalten, das heißt, mehr Energie zu erzeugen, als aufgewendet werden muss. Und die Energie, die aufgewendet werden muss, um das Plasma zu erhitzen und die Elektromagnete aktiv zu halten ist enorm.

Und da stoßen wir schon auf das erste Problem: Iron-Mans Fusionsgenerator ist selbsterhaltend, dass heiß, einmal aktiviert, erzeugt er kontinuierlich Energie ohne externen Brennstoffzufuhr oder Abfallprodukte. Das ist technisch nicht umsetzbar, weil es physikalisch nicht möglich ist. Nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie weder erschaffen noch vernichtet werden, sondern nur von einer Form in eine andere übergehen. Energie kann nicht erzeugt oder zerstört, sondern nur übertragen werden. Der Arc-Reaktor ist im Grunde ein Perpetuum Mobile, das nicht funktioniert.

Das zweite Problem ist die Größe beziehungsweise die „Kleine“, denn in einer so kompakten Form kann kein Fusionsgenerator realisiert werden, der genug Energie erzeugt. Darum finde ich auch die Szene, in der Iron-Man in der Höhle seine Elektro-Magneten selbst zusammenwickelt, zwar im Ansatz schön, denn immerhin ist ihm klar, dass es Elektro-Magneten braucht. Allerdings würden seine gewickelten Elektromagneten bei weitem nicht ausreichen, um das nötige Magnetfeld zu erzeugen, denn es gilt: je mehr Wicklungen, desto größer das Magnetfeld. In aktuellen Fusionsreaktoren sind die Elektromagneten mehrere Meter hoch und wiegen einige Tonnen.

Außerdem verstehe ich nicht, wie Iron-Man auf die Idee kommt, für seinen Fusionsgenerator ausgerechnet Palladium zu verwenden, denn Palladium hat eine höhere Ordnungszahl als Eisen und eignet sich so für eine Fusionsreaktion nicht. Wenn ich nach Einsteins schöner Formel E=mc² Energie gewinnen will, muss die Masse von meinem Endprodukt kleiner sein als die Masse von dem, was ich reinstecke. Also: Die Masse der beiden einzelnen Kerne muss zusammen größer sein als die Masse des fusionierten Kerns. Das ist nur bei Elementen gegeben, die leichter als Eisen sind. Für alle anderen Elemente ist eine Kernspaltung sinnvoller.

Aber eigentlich sollte Iron-Man froh sein, dass sein Anzug nicht funktionieren kann. Denn um die nötige Energie bereitzustellen, muss das Plasma sehr heiß sein – und zwar mehrere Millionen °C. Dabei würde selbst ein Anzug aus Titan einfach schmelzen. Wie das bei einem Anzug aus dem fiktiven Metall Vibrnaium, aussieht, aus dem die späteren Anzüge bestehen, weiß ich nicht, aber letztendlich kann das Iron-Man egal sein, denn er wäre durch die Hitze schon längst tot.