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BIOKON - Das Bionik-Kompetenznetz

Vektoria-Sieger
Natur inspiriert die Wissenschaft – zu diesem Thema haben Schüler*innen aus dem gesamten Bundesgebiet Beiträge für den Casio Vektoria Award 2017 erstellt.
© Bild: CASIO Europe GmbH

Presse // 30. Mai 2017

Die Gewinner des Casio Vektoria Award 2017 − Schülerinnen und Schüler überzeugen mit Beiträgen zum Thema Bionik

„Bionik – Natur inspiriert die Wissenschaft“ war der Titel des Casio Vektoria Award 2017, des bundesweiten mathematischen Kreativpreises. Die Schülerinnen und Schüler der fünften bis 13. Klassen aller 16 Bundesländer waren aufgerufen, sich mit dem Thema Bionik zu befassen und es in Form eines Bildes – ob Digitalbild, Foto oder Zeichnung – zu präsentieren. Die zahlreichen tollen Einsendungen haben es der Experten-Jury schwergemacht, eine Auswahl zu treffen – aber letztendlich konnten drei Beiträge die mit 3.000 Euro dotierten „Vektorias“ erringen. Hier die Gewinner:

 

Die Goldene Vektoria ging an Alexander Voelz aus der 11. Klasse der Jürgen-Fuhlendorf-Schule in Bad Bramstedt für seinen Beitrag „Programme, die lernen – Neuronale Netze“. Zu Bionik musste er sich erst einmal umfassend informieren, fand das Thema jedoch schnell faszinierend: „Für mich bedeutet Bionik, dass die Natur früher wie heute Strukturen und Systeme vorhält, die in der früheren oder heutigen Forschung präsente Probleme lösen. Als Wissenschaftler gilt es, diese als neue Technologie für uns nutzbar zu machen.“ Auf der Suche nach einer geeigneten, originellen Idee stieß Alexander schließlich auf neuronale Netze, die ihm passend erschienen, da sie durch den starken Informatikbezug einen etwas anderen Themenbereich betreffen, als die sonst bei der Bionik näherliegenden Ingenieur- und Materialwissenschaften. Die größte Herausforderung in der Umsetzung lag für ihn in der inhaltlichen und technischen Detailarbeit: Sein Projekt sollte gut verständlich, aber auch grafisch ansprechend präsentiert werden – und das ist ihm voll und ganz gelungen!

 

Clara Koinegg, Gewinnerin der Silbernen Vektoria, geht in die 10. Klasse des Helmholtz-Gymnasiums Heidelberg. Sie überzeugte die Jury mit einem selbst entwickelten bionischen Projekt: dem unbemannten Tauchroboter „DORO“, dessen Antrieb auf dem Vorbild von Oktopussen basiert. Clara kam das Thema Bionik gerade recht, da sie sich unter den Naturwissenschaften vor allem für Biologie interessiert: „Ich denke, die Natur ist ein wichtiges Vorbild und der Mensch kann noch viel von ihr lernen.“ Und auch die Verbindung zur Mathematik passte bestens: „In meiner Schule, dem Helmholtz-Gymnasium, wird Mathematik sehr gefördert. Es gibt immer eine AG für besonders Begabte in Mathe, einen Vertiefungskurs Mathematik in der Oberstufe sowie die geförderte Teilnahme an mathematischen Wettbewerben. Ich persönlich fand Mathe nie langweilig.“ Die Idee zu ihrem Beitrag kam ihr ganz plötzlich beim Frühstück – und bis zur Umsetzung verging nur ein Tag. Und auch die Jury brauchte nicht lange, um sich für „DORO“ zu begeistern!

 

Der mit der Bronzenen Vektoria ausgezeichnete Beitrag „Bionik“ entstand in Teamarbeit: Luise Busch, Lucie Ludwig und Lilli Swientek gehen auf das Gymnasium Landsberg und nehmen dort am Mathematikkurs der fünften Klassen teil. Der Leiter dieses Kurses, ihr Lehrer Robert Theuerkorn, war es, der sie zur Teilnahme am Vektoria Award motivierte und ihnen ermöglichte, ihren Beitrag im Unterricht zu entwickeln. Sie gehören zu den jüngsten Preisträgern des Vektoria Award und mussten sich erst einmal gründlich über das Thema Bionik informieren. Die Auseinandersetzung mit dem komplexen Thema war durchaus eine Herausforderung für die Fünftklässlerinnen – schließlich sollten auch alle Formeln zu den gewählten Beispielen korrekt sein. Ihr Einsatz hat sich gelohnt, denn „Bionik“ hat nicht nur die Bronzene Vektoria bekommen, sondern gewann auch die meisten Stimmen im Online-Voting und somit den Publikumspreis, ein Virtual-Reality-Headset von Zeiss. Diesen Preis spendeten die drei übrigens ganz uneigennützig ihrer örtlichen Bücherei – Respekt!

 

Breite Unterstützung Der Vektoria Award wurde in diesem Jahr unterstützt vom Bionik-Kompetenznetz BIOKON, dem Paralympics-Ausstatter Ottobock, dem Jugendmagazin SPIESSER.de, dem Ernst Klett Verlag, dem nationalen Pakt für Frauen in IT-Berufen „Komm, mach MINT“, dem Nachwuchsportal der Deutschen Luft- und Raumfahrtbranche skyfuture.de und dem Mathematik-Forschungszentrum Matheon. 

Die Schirmherrschaft des Vektoria Awards liegt beim Deutschen Technikmuseum Berlin.

AVK-Preis
Das Preisträger Team erhielt den Bronze-AVK-Innovationspreises 2017 für die bionische Fassadenverschattung Flectofold.

Aktuelles // 02. Oktober 2017

Fleischfressende Pflanze inspiriert Architektur

Für die Entwicklung der bionischen, gelenkfreien Fassadenverschattung „Flectofold“ nach dem Vorbild der fleischfressenden Wasserfalle (Aldrovanda vesiculosa) sowie der Streifenwanze (Graphosoma italicum) ist ein Konsortium verschiedener Arbeitsgruppen aus Stuttgart, Freiburg, Denkendorf und Tübingen am 18. September 2017 mit dem dritten Platz des AVK-Innovationspreises 2017 in der Kategorie „Forschung/Wissenschaft“ ausgezeichnet worden. Die AVK (Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e. V. und AVK-TV GmbH) prämiert im Rahmen des „International Composites Congress“ in Stuttgart alljährlich herausragende Innovationen im Bereich Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) / Composites. Besonderer Wert wird dabei auf das Thema Nachhaltigkeit gelegt.

 

Der Flectofold ist eine hinsichtlich Bewegungsprinzip und Materialstruktur biologisch inspirierte gelenklose Fassadenverschattung für doppelt gekrümmte, komplexe Außenfassaden. Als biologische Ideengeber wurden die fleischfressende Wasserfalle (Aldrovanda vesiculosa) und die Streifenwanze (Graphosoma italicum) herangezogen. Inspiration für den gelenkfreien und effizienten Bewegungsmechanismus des Flectofolds war die schnelle Fangbewegung von Aldrovanda, welche anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen analysiert wurde. Die Bewegung wurde in mehreren Schritten abstrahiert und als „curved-line-folding“-Prinzip in die Technik übertragen. Hier sind zwei steife Flügel und eine steife, elliptisch geformte Mittelrippe durch eine Biegezone mit geringerer Steifigkeit verbunden. Die Durchbiegung der Mittelrippe initiiert das Auf- und Zuklappen der Flügel. Mittels computergestützten Simulationen konnte gezeigt werden, dass der Radius der Mittelrippe die für die Bewegung notwendige Aktuierungsenergie und gleichzeitig die Stabilität unter Wind- und Schneelasten bestimmt. Beim Flectofold wurde diesbezüglich auf ein ausgewogenes Verhältnis geachtet. Die funktionelle Morphologie des Wanzenflügels, welche ein gelenkloses Falten ermöglicht, wurde mittels verschiedener mikroskopischer Methoden untersucht. Die Resultate gaben Aufschluss über mögliche Gestaltungsrichtlinien für den Laminataufbau von faltbaren Faserverbundkunststoffen.

 

Der Flectofold wurde ursprünglich als Fassadenverschattungssystem insbesondere für doppelt gekrümmte Außenfassaden konzipiert. Das Funktionsprinzip lässt sich prinzipiell aber überall in der Technik einsetzen, wo bewegliche und wartungsarme Klapplamellen oder Regler benötigt werden, wie sie etwa in Lüftungsklappen, Öffnungs- oder Schließklappen oder adaptiven Klappmechanismen für Luft- und Raumfahrttechnik vorkommen. In diesem Zusammenhang ist vor allem die Bewegungsverstärkung basierend auf dem „curved-line-folding“ interessant, bei der eine relativ geringe Verformung der Mittelrippe zu einer großen Bewegung der Flügel führt. Der Flectofold wird mit einem pneumatischen, textilen Kissen, das hinter der Mittelrippe liegt, aktuiert. Durch Aufbau von lediglich 0,3 bar Luftdruck im Kissen werden im Flectofold große Bewegungen realisiert, die mit keinem anderen heutigen technischen System erreicht werden können. Herkömmliche Verschattungssysteme bestehen im Gegensatz zum Flectofold aus mehreren Einzelteilen, die über mechanische Gelenke miteinander verbunden sind. Je komplexer die Krümmungen der Außenfassaden, desto mehr Verbindungselemente sind erforderlich. Die häufigste Versagensursache solcher Systeme ist mechanischer Abrieb in den Gelenken, wodurch die Dauerfestigkeit der Systeme herabgesetzt und Wartungen notwendig sind. Der Flectofold kommt ohne Gelenke aus, so dass das gesamte System störungs- und wartungsarm betrieben werden kann.

 

Das Preisträger-Team :
Prof. Dr. Thomas Speck, Dr. Simon Poppinga & M.Sc. Anna Westermeier (Plant Biomechanics Group Freiburg/Botanischer Garten der Universität Freiburg), M.Sc. Larissa Born (ITFT Universität Stuttgart), Prof. Dr. Götz Gresser & Prof. Dr. Markus Milwich (Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) Denkendorf), Prof. Dr. Manfred Bischoff & M.Sc. Renate Sachse & (IBB Universität Stuttgart), Prof. Dr. Jan Knippers, M.Sc. Axel Körner, M.Sc. Anja Mader, M.Sc. Saman Saffarian & Dipl.-Ing. Gundula Schieber & (ITKE Universität Stuttgart) und Prof. Dr. Oliver Betz & M.Sc. Paavo Bergmann (Universität Tübingen).

Statuette_Bionic-Award_03
Die Bionic-Award-Statuette ist eine stilisierte Diatomee und soll als Symbol für den reichen Schatz, den die Natur als Vorbild für Übertragungsmöglichkeiten in die Technik bietet dienen. Design: Pohl Architekten.

Aktuelles // 21. September 2017

Bewerbungsstart Bionic Award 2018

Zum sechsten Mal wird im Oktober 2018 der internationale Bionic-Award verliehen. Der mit 10.000 Euro dotierte Preis richtet sich an Nachwuchswissenschaftler aus der ganzen Welt. Bis zum 29. Februar 2018 können Bewerbungen eingereicht werden.

 

Mit dem internationalen Bionic-Award wird eine herausragende Arbeit beispielsweise in Form einer bionischen Produktentwicklung, einer Bachelorarbeit oder einer Dissertation/Habilitation, ausgezeichnet, die innerhalb der letzten zwei Jahren vor dem Einreichungstermin fertiggestellt wurde. Teilnehmen können sowohl Einzelpersonen als auch Teams. Eine internationale, aus hochrangigen Bionik-Fachleuten zusammengesetzte Jury ermittelt den oder die Preisträger.

 

Informationen zu den Bewerbungsvoraussetzungen und den in englischer Sprache einzureichenden Unterlagen können Sie hier herunterladen >> 

StuzubiStar_Berlin_2017_BIOKON

Presse // 10. August 2017

Stuzubi-Star für Wanderausstellung GREEN UP YOUR FUTURE

Hohe Auszeichnung für GREEN UP YOUR FUTURE: Schüler*innen haben die interaktive Wanderausstellung, die am 11. Februar 2017 in Berlin Station gemacht hatte, zum informativsten Stand auf der Stuzubi-Messe in der Hauptstadt gewählt. Dafür erhält GUYF den StuzubiStar.

 

Mit dieser Auszeichnung würdigen die Stuzubi-Macher im jeweiligen Ort denjenigen Austeller, der mit seiner Beratungsleistung am meisten überzeugen konnte. "Die Besucher, die sich auf der Karrieremesse informieren, entscheiden, wer die begehrte Trophäe mit nach Hause nehmen darf. Es zählt, wo sie sich am besten informiert und beraten gefühlt haben", erklärt die Stuzubi-Veranstalterin Karola Marschall. Sie hatte die Trophäe in Form eines gläsernen Sterns 2011 ins Leben gerufen, um die Aussteller für ihre herausragenden Leistungen zu prämieren. "Die Auszeichnung ist in der Branche der Orientierungsmessen einzigartig und entsprechend begehrt", so Marschall.

 

"Den StuzubiStar sehen wir als herausragende Bestätigung für das Konzept von GREEN UP YOUR FUTURE. Dass die Auszeichnung auf dem Votum der jungen Besucher beruht, macht sie für uns so besonders wertvoll. Denn genau diese sind es, die wir mit lebendig erzählten Beispielen aus der Bionik in ihrer Berufs- und Ausbildungsbildungsorientierung ansprechen wollen", freut sich Dr. Rainer Erb, Geschäftsführer von BIOKON, der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e.V. BIOKON hat die Ausstellung GUYF gemeinsam mit dem Green Economy Academy e.V. konzipiert. Sie wird im Rahmen des ESF-Bundesprogramms BBNE durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) und den Europäischen Sozialfonds für Deutschland (ESF) gefördert.

 

GREEN UP YOUR FUTURE tourt über drei Jahre durch 19 Orte in Deutschland und macht dabei die Berufsorientierung für Schüler*innen und Studierende sowohl Indoor wie auch Outdoor barrierefrei erfahrbar. Mit Greening verbinden sich dabei Spaß und ein attraktives Online-Medienerlebnis - ganz nach dem Geschmack und den Kommunikationserwartungen der jungen Zielgruppe. Augmented Reality und temporeiches multimediales Storytelling gehören genauso dazu, wie Infotainment zu Themen aus der Bionik und attraktive und vor allem zukunftsfähige Jobs aus der Welt der Green Economy.

Weitere Informationen >>

Sirex-IPA
Der neuartige Bohrer Sirex wurde nach dem Vorbild der Holzwespe entwickelt. Er soll Chirurgen dabei helfen, Hüftprothesen einzusetzen.
Quelle: Fraunhofer IPA

Aktuelles // 17. Mai 2017

Bohren wie die Holzwespen – jetzt auch an der Hüfte und im Weltall

Ein Entwicklerteam um Dr. Oliver Schwarz vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat mit dem von der Natur adaptierten Prinzip die Bohrtechnik von Holz- und Schlupfwespen auf ein Werkzeug übertragen. Mithilfe des rotationsfreien Pendelhubprinzips können neben runden auch Löcher mit drei- oder mehreckigem Querschnitt gebohrt werden. Der Bohrer Sirex kann in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt zu werden. Er wurde bereits mit Auszeichnungen wie dem Hans-Jürgen Warnecke Innovationspreis und dem International Bionic Award prämiert und in der Großen Show der Naturwunder vorgeführt.

 

Der Ausgangspunkt für die Forschungsarbeit der Abteilung Biomechatronische Systeme des Fraunhofer IPA war in diesem Fall das Gesundheitswesen. Denn jedes Jahr bekommen in Deutschland rund 200.000 Patienten ein künstliches Hüftgelenk. Die Operation ist ein komplexes Unterfangen. In einem besonders aufwendigen Schritt muss der Chirurg von Hand ein dreidimensional-eckiges Loch in den Oberschenkel des Patienten bohren. Das macht er bisher meist von Hand mit einer Raspel. Mit dem vom Fraunhofer IPA entwickelten Sirex-Bohrer können Ärzte den Eingriff künftig schneller, präziser und mit deutlich weniger Kraftaufwand vornehmen.

 

Bohren nach dem Vorbild der Hautflügler – im Baugewerbe, bei der Gartenarbeit und sogar im Weltall

 

Dass diese Technik nicht nur im Gesundheitswesen auf offene Ohren stößt, erklärt Vince Ebert, Physiker und Kabarettist, in einem Erklär-Video humorvoll wie folgt: „Jeder Hobbytaucher kennt das Dilemma: Bohren unter Wasser – ein Riesenproblem. Oder noch extremer: Stellen Sie sich, Sie sind Astronaut und müssen auf einem Kometen ein Loch bohren. Mit einem normalen Bohrer brauchen Sie einen Anpressdruck. Der ist aber in der Schwerelosigkeit nicht möglich. Auch hier hilft der Sirex-Bohrer. Der geht butterweich in den Kometen“.

 

Oliver Schwarz, Gruppenleiter Bionik und Medizintechnik am Fraunhofer IPA und verantwortlich für das Sirex-Projekt, ergänzt fachlich: „Die Holzwespen bohren bis zu 6 Zentimeter tiefe Löcher ins Holz, um ihre Eier abzulegen. Da ihnen Rotationen nicht möglich sind, raspeln sie die Hohlräume überaus trickreich aus dem Stamm. Ihr Legestachel besteht aus drei separaten Raspeln, die sich unabhängig voneinander bewegen können. Während sich der eine Teil bewegt, verhakt sich der andere im Loch und sorgt so für den nötigen Halt. Mit dieser Technik kann auch Gartenarbeit, Heimwerken und vieles mehr erleichtert werden. Im direkten Gespräch mit den potenziellen Nutzern evaluieren wir gerade die Möglichkeiten des Einsatzes“.

 

Vince Ebert auf den Spuren der Holzwespe – hier sehen Sie das Erklär-Video:

 

Zur Videoreihe >>

Dr. Rainer Erb und Jessica Rudolph

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