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BIOKON - Das Bionik-Kompetenznetz

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Der Schwimmfarn Salvinia ist mit seinen an Schneebesen erinnernden Härchen auf den Schwimmblättern in der Lage, über lange Zeit eine Luftschicht unter Wasser an seiner Oberfläche zu halten.
Bild: Wilhelm Barthlott, Universität Bonn.

Aktuelles // 22. Juni 2016

„Mr. Lotuseffekt“ wird 70

Der Lotuseffekt war eine grundlegende Entdeckung in der Bionik. Er führte zu einem Paradigmenwechsel in bestimmten Bereichen der Materialwissenschaften und ermöglichte die Entwicklung superhydrophober bionischer Oberflächen. Das 20-jährige Jubiläum des Lotuseffekts selbst feiern wir zwar erst im kommenden Jahr, aber sein Entdecker, BIOKON-Ehrenmitglied Professor Dr. Wilhelm Barthlott, begeht heute seinen 70sten Geburtstag, zu dem wir herzlichst gratulieren.

 

Geboren in Forst, studierte Wilhelm Barthlott Biologie und Geographie an der Universität Heidelberg und arbeitete danach von 1974 bis 1981 als Wissenschaftlicher Assistent am Institut für Systematische Botanik und Pflanzengeographie der Universität Heidelberg. 1981 habilitierte er an derselben Universität und untersuchte das Phänomen der selbstreinigenden Oberflächen. Diese Arbeit führte schließlich zur Übertragung des Lotus-Effekts auf technische Anwendungen. Von 1982 bis 1985 war er Professor und Abteilungsleiter am Institut für Systematische Botanik und Pflanzengeographie der Freien Universität Berlin. 1985 wurde er an die Universität Bonn berufen, wo er bis 2002 Professor und Direktor am Botanischen Institut und des Botanischen Gartens der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn war. Nach Neustrukturierung und Modernisierung des wunderschönen botanischen Gartens und Umstrukturierung des botanischen Instituts 2002 war Professor Barthlott seit 2003 bis zu seiner Emeritierung im Juli 2011 Geschäftsführender Direktor des neugegründeten Nees-Instituts für Biodiversität der Pflanzen und Direktor der Botanischen Gärten der Universität.

 

Der von Professor Barthlott 1997 beschriebene Lotus-Effekt ist das Paradebeispiel der Bionik. Rund um diese bahnbrechende Innovation, die zu den 12 wichtigsten Innovationen aus Deutschland der letzten 50 Jahre gezählt wird, existieren mittlerweile rund 200 Nebeninnovationen. Kaum ein anderes Beispiel der Bionik hat einen vergleichbaren Weg in die Öffentlichkeit gefunden und sich dabei gleichzeitig oft weit vom eigentlichen Inhalt gelöst.

 

Doch auch wenn der Lotus-Effekt zweifellos seine bekannteste Entdeckung ist, sind seine Forschungsfelder sehr vielfältig, was auch die mehr als 400 Publikationen umfassende Publikationsliste belegt. Gerade hat er, gemeinsam mit Matthias Mail und Professor Christoph Neinhuis eine umfangreiche Arbeit zu superhydrophoben Oberflächen abgeschlossen, die innerhalb der nächsten Tage in einem Sonderband der Phil Trans A veröffentlicht wird.

Darüber hinaus hat Professor Barthlott auch etliche weitere Forschungsgebiete maßgeblich beeinflusst: von der Systematik der Kakteen, den pflanzlichen Oberflächen, über die Erforschung tropischer Inselberge, den Epiphyten von Regenwäldern, bis hin zur weltweiten Biodiversitätskartierung.

 

Mit dieser Vielzahl an Fragestellungen wird es einem natürlich nicht langweilig und so leitet Wilhelm Barthlott noch heute eine Arbeitsgruppe. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Erforschung des Salvinia-Effekts. So gibt es auch immer wieder neue spannende Themen - gerade im letzten Jahr wurde ein völlig neuartiges biologisches Sensorsystem entdeckt und patentiert.

 

Wilhelm Barthlott ist Mitglied mehrerer nationaler und internationaler wissenschaftlicher Vereinigungen – darunter der Akademie der Wissenschaften und Literatur Mainz, der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften Düsseldorf, der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina, sowie Foreign Member der Linnean Society London Komitees.

Er wurde mit verschiedenen angesehenen Preisen ausgezeichnet. Neben dem Karl Heinz Beckurts-Preis 1997 für wirtschaftlich innovative Grundlagenforschung sind dies insbesondere der der Philip-Morris-Forschungspreis 1999 sowie der Deutschen Umweltpreis ebenfalls 1999.

 

Aber Wilhelm Barthlott ist nicht nur ein erfolgreicher Forscher, sondern auch ein sehr erfolgreicher Lehrer. 140 Studenten haben Diplom- oder Staatsexamen bei ihm gemacht, 42 Doktoranden haben erfolgreich promoviert und 8 davon haben sich habilitiert und sind mittlerweile alle als Professoren an Hochschulen berufen.

 

Wir sind sicher, dass ihn das Interesse an der Biologie, vor allem aber an der Bionik noch sehr lange antreibt und Wilhelm Barthlott als aktiver Bioniker und wichtiger Teil des Bionik-Kompetenznetzes weiter herausragende Forschung betreibt, worauf wir uns voller Spannung freuen.

Zum 70. gratulieren wir herzlich.

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Das Gewinner-Team (v.l.): Dr. Matthias Mail (Uni Bonn), Dr. Stefan Walheim (KIT), Dr. Martin Brede (Uni Rostock), Prof. Dr. Wilhelm Barthlott (Uni Bonn), Prof. Dr. Thomas Schimmel (KIT) und der Parlamentarische Staatssekretär Dr. Michael Meister (BMBF).
(c) Foto: Uni Bonn

Presse // 27. März 2019

Validierungspreis für neuartige Schiffstechnologien

Von schmutzabweisenden Oberflächen bis hin zu reibungsreduzierenden Lufthüllen an Schiffen: Biologische Vorbilder wie die Lotuspflanze oder der Schwimmfarn Salvinia lieferten für BIOKON-Ehrenmitglied Prof. Dr. Wilhelm Barthlott die Grundlage für die Revolutionierung neuer Materialien. Ihm wurden nun zusammen mit Mitarbeitern und Kollegen der Universität Rostock sowie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) vom Parlamentarischen Staatssekretär Dr. Michael Meister der renommierte Validierungspreis 2019 des Bundesforschungsministeriums (BMBF) verliehen. 

 

Ausgezeichnet wurden die neuesten zukunftsträchtigen Technologien in Deutschland, die an der Schwelle zur Anwendung stehen. „Das Projekt leitet eine revolutionäre Entwicklung in der Schifffahrt ein“, sagte der Vorsitzende des Gutachtergremiums Prof. Dr. Siegfried Neumann von der TU Darmstadt in seiner Laudatio bei der Verleihung, die während der Hightech Strategie-Innovationstagung VIP und VIP+ am 26.03.2019 in Berlin stattfand. Hochtechnologien aus der belebten Natur sind an der Universität Bonn das Thema der Bionik, mit dem sich der Biologe Prof. Dr. Wilhelm Barthlott seit drei Jahrzehnten beschäftigt. Seine Entdeckung des Lotus-Effektes wurde 1999 mit dem Deutschen Umweltpreis ausgezeichnet und erregt bis heute weltweit Aufsehen und hat ein großes wirtschaftliches Potential erschlossen. Wasser perlt von den Blattoberflächen der Lotuspflanze ab und nimmt dabei die Schmutzpartikel mit. Diese Selbstreinigungsfähigkeit verdankt die Lotuspflanze einer speziellen nanostrukturierten Oberfläche.

 

„Bei den neuen Arbeiten geht es um extrem wasserabstoßende Oberflächen und neue Anwendungspotentiale“, sagt Barthlott. „Es freut mich deshalb sehr, dass diese zukunftsweisenden Technologien mit dem Validierungspreis gewürdigt werden.“ Der Schwimmfarn Salvinia molesta ist extrem wasserscheu: Taucht man ihn unter und zieht in wieder heraus, perlt die Flüssigkeit sofort von ihm ab. Ein hauchdünnes Kleid aus Luft verhindert, dass die Pflanze mit Wasser in Kontakt kommt. Die Blattoberfläche von Salvinia ist so strukturiert, dass eine Luftschicht von ihr festgehalten wird. Diese Entdeckung lässt sich auch für Schiffe verwenden. Hält die Oberfläche des Schiffsrumpfes dauerhaft eine Lufthülle, ist die Reibung und damit der Spritverbrauch und Kohlendioxidausstoß der Schiffe sehr stark reduziert. Angesichts des Klimawandels und der schwindenden Vorräte an fossilen Ressourcen ist dies ein vielversprechender Ansatz: nicht nur wirtschaftlich, sondern auch extrem umweltfreundlich.

 

In den Jahren von 2002 bis 2017 hat Barthlott ununterbrochen in acht vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Projektphasen die Reibungsreduktion an Schiffshüllen (Passive Air Lubrication) grundlegend erforscht. Die Arbeiten führt Barthlott nach seiner Emeritierung im Jahr 2011 mit seinem Mitarbeiter Dr. Matthias Mail sowie Wissenschaftlern von der Universität Rostock und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) weiter.

 

„Das letzte Teilprojekt ARES - Air Retaining Surfaces - hat nun zu einem EU-Projekt mit einem Konsortium von zehn Partnern aus Industrie und Forschung aus sechs Ländern geführt“, berichtet Barthlott. Die relevanten drei Patente wurden 2007, 2008 und 2016 von der Universität Bonn angemeldet beziehungsweise sind erteilt. Die neuen Technologien werden von der Bonner Uni und der Patentagentur PROvendis auf der kommenden Hannovermesse vom 1. bis 5. April vorgestellt.

Quelle: Pressemitteilung der Universität Bonn

Cover-BIOTRAIN-Studie
Cover der Biotrain-Studie
Bild: © Fraunhofer-Gesellschaft

Presse // 22. März 2019

Biologische Transformation - wenn Technik und Biologie verschmelzen

Wir verbrauchen zu viele Ressourcen und belasten das Weltklima. Wohlstand und Umweltverträglichkeit müssen dringend wieder in Einklang gebracht werden. Der Ausweg: die Biologische Transformation. Doch was ist das? Wie wird sich die Welt und die Gesellschaft durch Biointelligente Systeme und Technologien verändern? Dazu hat die Fraunhofer-Gesellschaft eine Voruntersuchung erstellt.

 

BIOTRAIN heißt die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte und vom Projektträger Karlsruhe PTKA betreute Voruntersuchung. Die darin dokumentierte Analyse des Status quo zeigt, dass deutsche Unternehmen derzeit in vielen relevanten Bereichen der Biologischen Transformation, zwar nicht führend, aber in einer aussichtsreichen Position sind, wenn nun rasch die richtigen Maßnahmen ergriffen werden. Doch welche sollen das sein? Die nun öffentlich verfügbare Broschüre Biointelligenz, die gemeinsam von den Fraunhofer-Instituten IPA, IGB, IML, IPT, IWM, IWU verfasst wurde, gibt Aufschluss darüber und stellt die wichtigsten Ergebnisse vor. 

 

Zunächst lotet die Voruntersuchung die Position Deutschlands aus und analysiert die Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken – auch im internationalen Vergleich. Im Anschluss werden die notwendigen Basistechnologien und zentralen Handlungsfelder vorgestellt sowie mögliche Entwicklungspfade und Szenarien durchgespielt. Dies leitet hin zur Entwicklung und Gestaltung einer positiven Vision für Deutschland. Konkrete Empfehlungen, insbesondere an die Politik, sind ebenfalls Thema der Broschüre. So raten die Autoren dazu, ein geeignetes politisches Rahmenwerk zur Biologischen Transformation zu schaffen und die Forschungs- und Transferaktivitäten in zehn identifizierten Handlungsfeldern zu intensivieren. Ferner sollten Bildungsprogramme angepasst und geeignete Rahmenbedingungen für etablierte Unternehmen wie Start-ups geschaffen werden.

 

Im Video: Professor Thomas Bauernhansl, einer der beiden Leiter des Fraunhofer IPA und Mitautor der Voruntersuchung.

  

Quelle: Fraunhofer-Pressemitteilung vom 07.03.2019

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Fotonachweis: Thinkstockphotos.de

Presse // 25. November 2018

So geht Zukunft: Mit Bionik zur „biologischen Transformation“

Die „biologische Transformation“ ist im Kommen. Dank der Errungenschaften der Bionik sind wir hier in Deutschland besser aufgestellt als in weiten Bereichen der digitalen Transformation. Der Grund: Die systematische Übertragung bewährter biologischer Problemlösungen und Optimierungsstrategien auf neuartige Produkte und Technologien liegt in der „Natur“ der Bionik und macht sie damit zum Ideengeber und Innovationsmotor mit nachhaltigem Nutzen für Technik, Wirtschaft und Gesellschaft. Dabei arbeiten Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen verschiedener Fachrichtungen seit langem und sehr erfolgreich zusammen. Interdisziplinäres, kreatives und systemisches Denken und Handeln ist in der Bionik eine von Anfang an gelebte Selbstverständlichkeit. Innovative Ideen und Entwicklungen auf diese Weise schneller und zuverlässiger in den Markt bringen zu können, wird von vielen Unternehmen in Zeiten der Globalisierung, volatiler Märkte und der digitalen Transformation als Chance begriffen. 

Während andere noch ihre Innovations- und Prozessarchitektur aufsetzen, ist die Bionik bereits einen Schritt weiter und trägt schon jetzt dazu bei, im Schulterschluss von Wissenschaft und Wirtschaft das vorhandene bionische Wissen in zählbaren Nutzen zu verwandeln. 

 

Um ihre Innovationskraft noch weiter zu bündeln, Synergien zu nutzen und den Pool an Ideen, Erfahrungen und Inspirationen auszuweiten, haben sich Hochschulen, Forschungsinstitute, Unternehmen und Einzelpersönlichkeiten, die auf dem Gebiet der Bionik arbeiten, in der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz BIOKON zusammengeschlossen. Hier beschäftigt man sich beispielsweise mit bioinspirierten Materialien, die adaptiv oder selbstreparierend sind, mit multifunktionalen Oberflächen, Antriebsmechanismen für energieeffiziente Lokomotionskonzepte oder mit autonomen, bionischen Robotern mit hoch sensitiven Sensoren und verlässlicher Kommunikationstechnik, die als Katastrophenfrühwarnsysteme zum Einsatz kommen können. Aber auch Bereiche wie Architektur – etwa mit Blick auf klimaneutrales Bauen oder neuartige revolutionäre Konstruktionsideen –, Medizintechnik und Neurobionik mit Anwendungen in der Prothetik sind im Fokus des Interesses der Bioniker*innen. Hier liegen Multifunktionalität und Mehrfach-Innovationen stets eng beieinander, sodass weitere Entwicklungsschübe bis hin zu Sprunginnovationen forciert werden. Ohne Zweifel lohnen sich die gemeinsamen Anstrengungen von Forscher*innen und Unternehmer*innen.

 

Willkommen in der spannenden und grenzenlosen Ideenwelt der Bionik … 

 

 

Im Video – einige Beispiele für bionische Innovationen aus dem BIOKON-Kosmos.

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Einer der drei Preisträger des Internationalen Bionic Award, Dr. Guillaume Gomar, mit Vertretern des Stifters und des VDI sowie Mitgliedern der Jury.
(Bild: S. Labisch, BIC Bremen)

Aktuelles // 06. November 2018

Internationaler Bionic Award 2018 für Forschungsarbeit zur Photovoltaik

Der International Bionic Award der Schauenburg-Stiftung geht in diesem Jahr an ein interdisziplinäres und internationales Team von drei Nachwuchswissenschaftlern. Die mit 10.000 Euro dotierte Auszeichnung erhielten Dr. Radwanul Hasan Siddique vom California Institute of Technology und M.Sc. Yidenekechaw J. Donie sowie Dr. Guillaume Gomard vom Karlsruher Institut für Technologie für ihre herausragende Forschungsarbeit zur Photovoltaik.

 

Das Forscherteam hat Nanostrukturen mit einzigartigen optischen Eigenschaften entwickelt, welche die Absorptionsrate von Solarzellen um bis zu 200 % erhöhen sollen. Ihr Vorbild dafür war ein Schmetterlingsflügel. Die Verleihung fand am 26. Oktober 2018 im Rahmen des Bionik-Kongresses „Patente aus der Natur“ in Bremen statt.

 

Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) haben eine augenscheinliche Besonderheit: Sie sind extrem dunkelschwarz. Damit kann er für eine optimale Wärmegewinnung das Sonnenlicht besonders gut absorbieren. „Noch spannender sind für uns die Mechanismen, mit denen er diese hohe Absorption erreicht. Das Optimierungspotenzial, das eine Übertragung der Nanostrukturen für die Photovoltaik hat, fiel deutlich höher aus, als wir vermutet hatten“, erklärt Teamsprecher Dr. Radwanul H. Siddique. Dem jungen Forscherteam ist es gelungen, die Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 % zu steigern. 

 

Mit dieser Idee, die das interdisziplinäre Arbeiten und konstruktive Querdenken in der Bionik par excellence verkörpert, überzeugten die Nachwuchswissenschaftler die internationale Experten-Jury. Prof. Dr. Antonia B. Kesel von der Hochschule Bremen und Vorsitzende des VDI-Fachbereichs Bionik betont: „Das Produkt ist noch nicht fertig, aber greifbar und unsere internationale Jury hat das große Potenzial der Energieeffizienz fasziniert, selbst eine Leistungssteigerung um 50 % wäre eine Sensation, denn natürlich spielen auch alle anderen Komponenten einer Photovoltaik-Anlage eine Rolle!“

 

„Neben der Photovoltaik können diese Nanostrukturen auch die Effizienz des umgekehrten Prozesses steigern, nämlich die Lichtauskopplung aus organischen Leuchtdioden (OLEDs). Auch eine Anwendung in der Medizintechnik als „Lab on a Chip“ ist denkbar. Diese breiten Anwendungsfelder haben mein besonderes Interesse geweckt“, freut sich Marc-Georg Schauenburg, Sohn des Stifters der Schauenburg-Stiftung.

 

Seit 2008 wird der Bionic Award von der Schauenburg-Stiftung gestiftet. Diese wurde 1986 von Hans-Georg Schauenburg, dem Gründer der seit über 60 Jahren in Mülheim an der Ruhr tätigen Schauenburg Gruppe, ins Leben gerufen und wird vom Stifterverband treuhänderisch verwaltet. Mit dem Preis verfolgen die Schauenburg-Stiftung und der VDI das Ziel, praxisorientierte Forschungsergebnisse und Entwicklungsarbeiten sowie Innovationen des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich Bionik zu fördern. Weitere Informationen unter www.vdi.de/bionic2018.

Quelle: VDI

Dr. Rainer Erb und Jessica Rudolph

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