In 2023, it is time again: Every other year the Association of German Engineers (VDI) and the Schauenburg Foundation jointly present the International Bionic Award for outstanding scientific work in the field of product development in biomimetics. The Award is endowed with 5,000 EUR and addresses young scientists in the whole world. Submission deadline for papers in English is February 17, 2023.
The International Bionic Award honors excellent works, for example a biomimetic/ bionic product development, a bachelor thesis or a dissertation / habilitation that has been completed within the last two years before the submission deadline. Both individuals and teams can participate. An international jury of top-ranking scientists in biomimetics will determine the International Bionic Award Winner or Winners.
In 2020, Julien Dupeyroux received the International Bionic Award 2020 for his outstanding research on an autonomously navigating robot, which he carried out as a PhD research at the University of Aix-Marseille.
Biomimetics is an interdisciplinary scientific discipline in natural and engineering sciences. It ranks among the most important future technologies. Developments in biomimetics often provide innovative and novel solutions for technical problems inspired by nature. In 2008, the International Bionic Award was launched by the Schauenburg Foundation and the VDI, and was established to encourage start-ups and to open new vistas for young scientists in developing innovative products in biomimetics suited for real life applications. The impressive success of past awardees speaks for itself.
Further information on the award and the conditions of participation can be found at www.vdi.de/bionic-award.
Flickflack à la Bionik – Nachruf zum Tod von Ingo Rechenberg
BIOKON trauert um sein Ehrenmitglied Professor Dr. Ingo Rechenberg. Er starb am 25.09.2021 nach kurzer schwerer Krankheit in Berlin. Als einer der weltweiten Pioniere der Bionik hat Ingo Rechenberg maßgeblich dazu beigetragen, Bionik als Wissenschaftsrichtung zu etablieren und in Deutschland groß zu machen.
Schon von frühester Jugend an versuchte er, Naturphänome bei Flugmodellen einzusetzen. Schon damals folgte er dem sein ganzes akademisches Leben prägenden Motto, nach dem die ganze Welt ein riesiges Versuchslabor sei, von dem sich der Ingenieur inspirieren lassen könne. Seine Logik: In der Natur findet eine Evolution statt, ein Langzeitexperiment, das seit fast vier Milliarden Jahren läuft. Die Größe des „Labors Erde“ und Dauer des Experiments sollten ausgereicht haben, optimierte Lebensformen hervorzubringen. Der Ingenieur kann vielfach Denk- und Experimentierzeit sparen, wenn er solche evolutionär optimierten Lösungen analysiert und technisch umsetzt.
1955 begann Ingo Rechenberg an der TU-Berlin bei Professor Heinrich Hertel mit dem Studium des Flugzeugbaus. Er war als Praktikant bei den Focker-Flugzeugwerken in Amsterdam tätig und forschte als Stresemann-Stipendiat ein Jahr am Engineering Laboratory in Cambridge (England). Zurück in Berlin (zum Diplomabschluss fehlte noch das Studium Generale) hörte er eine Vorlesung von Professor Johann-Gerhard Helmcke über Evolution. Von der Euphorie seines Professors angesteckt begann Rechenberg 1963 mit Würfel, Zirkel und Lineal Darwins Modell der Evolution am Beispiel der Entwicklung eines regulären Sechsecks auf dem Papier nachzuvollziehen. Am 12. Juni 1964, in einem Teestunden-Vortrag bei Professor Rudolf Wille am Hermann-Föttinger-Institut der TU Berlin, wurde das Wort Evolutionsstrategie geprägt. Als Meilenstein gilt Rechenbergs Vortrag auf einer Tagung der am 16. September 1964 in der Berliner Kongresshalle. Hier führte er mit Hilfe der Film-Zeitraffer-Technik das mittlerweile berühmt gewordene „Darwin-im-Windkanal-Experiment“ vor, in dem eine zur Zickzackform gefaltete Gelenkplatte sich evolutiv zur ebenen Form geringsten Widerstands entwickelt.
Es folgten seine Promotion im Jahr 1970 und die Habilitation 1971. Im Jahr 1972 wurde Rechenberg dann auf den Lehrstuhl „Bionik und Evolutionstechnik“ der TU Berlin berufen, den er auch nach seiner Emeritierung bis kurz vor seinem Tod noch kommissarisch weiter leitete. Bereits 1973 erschien Rechenbergs erstes Buch „Evolutionsstrategie – Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution.
Die große Anwendungsbandbreite der Evolutionsstrategie reicht von der Optimierung von Prozessabläufen über die Anpassung von subjektiv zu beurteilende Produkteigenschaften und der Erstellung von Vorhersagemodellen von sozialem Verhalten oder der Entwicklung von Finanzmärkten bis hin zur Auslegung von Bauteilen und Großkonstruktionen:
Die Bionik begriff Ingo Rechenberg als Studium und Nutzung von Ergebnissen der biologischen Evolution und demzufolge die Evolutionsstrategie als Teilmenge der Bionik. Im Jahr 2001 gehörte er zu den sechs Gründungsmitgliedern der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz BIOKON, die er als seine wissenschaftliche Heimat sah.
Seine wissenschaftlichen Beiträge reichen von der Evolutionsstrategie als universelles Optimierungswerkzeug über die Windkraftanlage BERWIAN bis hin zu Projekten zur photobiologischen Wasserstofferzeugung. Sein letztes Arbeitsgebiet in den 2000-er Jahren waren die Umsetzung von biologischen Prinzipien, die er in der Wüste Erg Chebbi am Rand der Sahara in Südmarokko fand, wie zum Beispiel verschleißarme Oberflächen nach dem Vorbild des Sandfisches, eine „Bionik-Pumpe“, die ohne Mechanik mit Hilfe der Sonnenenergie nach dem Vorbild von Pflanzen Flüssigkeiten transportiert oder die rollende Lokomotion nach dem Vorbild der mittlerweile nach ihm benannten Spinne Cebrennus rechenbergi. Bekannt wurde sie durch ihre für Spinnen einzigartige Möglichkeit der Fortbewegung, die an einen Flickflack erinnert. Rad schlagend und dadurch nahezu rollend kann sie sich viel schneller fortbewegen, als mit ihrer normalen Beinbewegung. Ingo Rechenberg nannte sie deshalb auch „Radlerspinne“. Seine jährlichen Expeditionen in die südmarokkanische Wüste, die er noch bis zuletzt unternahm, waren für ihn Inspiration und Jungbrunnen zugleich.
Professor Rechenberg hätte am 20. November 2021 das 87 Lebensjahr vollendet. Neugierig in die Natur geschaut hat er bis zum Ende. BIOKON wird ihm als einen seiner Mitbegründer und großen Bioniker ein würdigendes Andenken bewahren – R.I.P. Ingo Rechenberg.
Er ist nicht nur zentraler Standort für Forschende, Lehrende und Studierende, sondern ist auch eine beliebte Anlaufstelle für die Öffentlichkeit: In diesem Jahr feiert der Botanische Garten der Universität Freiburg sein 400-jähriges Bestehen. Das große Jubiläumsprogramm fiel wegen der Corona-Pandemie aus. Ein multimediales Angebot an verschiedenen Beiträgen soll Interessierten dennoch ermöglichen, die vielen Facetten des Botanischen Gartens zu erkunden. Es zeigt auch die wichtige Rolle des Botanischen Garten für die Forschung und als Innovationsquelle für die Bionik – quasi ein „Hortus Bionicus“.
Im Rahmen einer virtuellen Führung zeigt der Direktor des Gartens, Prof. Dr. Thomas Speck, was der Botanische Garten Besucherinnen und Besuchern zu bieten hat. In insgesamt 19 Videoclips gibt er spannende Tipps, Tricks und Hintergründe zur Pflanzenwelt.
In einem Interview spricht Thomas Speck über die Arbeit der Forschenden, die sich bei der Entwicklung von technischen Anwendungen von Mechanismen aus der Pflanzenwelt inspirieren lassen: Am Anfang steht die Entdeckung in der Natur, am Ende kommt das technische Produkt.
Beispiele aus dem Forschungsportfolio der Freiburger sind unter anderem auch eine stufenlose Fassadenverschattung inspiriert vom Vorbild des Klappmechanismus der Paradiesvogelblume oder ein Fahrradhelm, dessen Dämpfung auf die Struktur der Pomelo-Frucht zurückgeht. Die vollständige Videoführung durch die Pflanzenwelt der grünen Oase >>
Grüne Jobs entdecken in Weltretter-Workcamps der Bionik
Einfach mal die Welt retten? Und das in nur vier Tagen? „Yes, You Can! Green Up Your Future” lautet die Antwort von BIOKON. Die Forschungsgemeinschaft Bionik- Kompetenznetz e.V. macht dies jetzt in einer fesselnden Earth-Challenge-Experience in Joachimsthal bei Berlin für junge Menschen in der Berufsorientierung spannend erlebbar.
Die mysteriöse Forschungsstation „Bionika“, eine geheimnisvolle Earth-Challenge-Experience voller (noch) ungelöster Rätsel plus faszinierende Bionik: Das sind die Leitplanken der interaktiven Weltretter-Workcamps, die im Projektzeitraum 2020 bis 2022 jeweils 16 Teilnehmer*innen im Alter von 18 bis 22 Jahren für Greening-Potenziale in Jobs mit Zukunft begeistern. „Ein einzigartiges Bionik-Abenteuer vor den Toren Berlins mit packender Dramaturgie und großem Online-Weltretter-Community-Building“, erklärt BIOKON-Geschäftsführer Dr. Rainer Erb.
„Die Natur kann mit ihrem Entwicklungsvorsprung von über drei Milliarden Jahren Evolution oft überraschende „grüne“ Lösungsansätze für die Herausforderungen unserer Zeit bieten“, stellt der BIOKON-Geschäftsführer fest. Das Workcamp greife diese Faszination der Bionik auf und verbinde sie mit einer erlebnispädagogisch geführten Earth Challenge. Dabei könnten sich die Teilnehmer*innen auf ganz unterschiedlichen Tätigkeitsfeldern ausprobieren und so herausfinden, was alles in ihnen steckt.
Welcher Job passt zu welcher Persönlichkeit und zu welchem Talent? Die Workcamp-Module orientieren sich bei den Antworten am Interessensmodell von John L. Holland. Der amerikanische Psychologe hatte darin aus arbeits- und organisationspsychologischer Sicht die menschlichen Interessen und Neigungen in sechs Schwerpunkte geclustert: RIASEC – Realistic, Investigative, Artistic, Social, Enterprising und Conventional.
„Indem die Teilnehmer*innen Aufgabenstellungen aus ganz unterschiedlichen Perspektiven angehen, lernen sie, sich nicht nur innerhalb der eigenen, bekannten Interessen zu bewegen, sondern gezielt auch die persönlichen Komfortzonen zu verlassen, um sich so neue Denk- und Handlungsoptionen zu erschließen“, erklärt Dr. Rainer Erb.
„Ziel der Weltretter-Workcamps ist es, dass die jungen Leute praktisch erfahren, wie sie ihre Zukunft in die eigenen Hände nehmen und über das Greening von Berufen zu einer nachhaltigeren Entwicklung ihrer Lebens- und Arbeitswelt beitragen können“, so Dr. Erb. „Die Botschaft lautet: Du kannst sehr viel mehr als Du glaubst. Entdecke, was in Dir steckt: Yes, You Can! Green Up Your Future.“
Yes, You Can! Green Up Your Future“ ist ein Projekt von BIOKON – der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e. V. – und wird durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit und den Europäischen Sozialfonds für Deutschland (ESF) gefördert.
Den Rahmen dafür steckt das ESF-Bundesprogramm „Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung befördern. Über grüne Schlüsselkompetenzen zu klima- und ressourcenschonendem Handeln im Beruf – BBNE“.
Öl stellt für Wasserlebewesen eine erhebliche Gefahr dar. Forscher der Universitäten Bonn und Aachen sowie der Heimbach-GmbH haben eine neue Methode entwickelt, solche Verunreinigungen zu beseitigen: Textilien mit speziellen Oberflächeneigenschaften schöpfen das Öl dabei passiv ab und transportieren es in einen schwimmenden Behälter. Als Vorbild dienten den Wissenschaftlern dabei Oberflächen aus dem Pflanzenreich. Die Studie ist nun in der Zeitschrift „Philosophical Transactions A“ erschienen.
Der Video-Clip ist ebenso kurz wie beeindruckend: Die 18-sekündige Sequenz zeigt eine Pipette, aus der dunkel gefärbtes Öl in ein Glas Wasser tropft. Dann hält ein Forscher ein grünes Blatt an den Fleck. Binnen weniger Augenblicke saugt es das Öl von der Wasseroberfläche, ohne auch nur einen winzigen Rest zurückzulassen.
Der Star des Films, das grüne Blättchen, stammt vom Schwimmfarn Salvinia. Für Wissenschaftler ist er aufgrund der besonderen Fähigkeiten seiner Blätter hochinteressant. Denn die sind extrem wasserscheu: Untergetaucht hüllen sie sich in einen Luftmantel und bleiben so vollkommen trocken. Forscher nennen dieses Verhalten „superhydrophob“, was sich mit „äußerst wasserabweisend“ übersetzen lässt.
Die Salvinia-Oberfläche liebt aber Öl – das ist gewissermaßen eine Kehrseite der Superhydrophobie. „Die Blättchen können daher auf ihrer Oberfläche einen Ölfilm transportieren“, erklärt Prof. Dr. Wilhelm Barthlott, Emeritus der Universität Bonn und ehemaliger Direktor des dortigen botanischen Gartens. „Und diese Eigenschaft konnten wir auch auf technisch herstellbare Oberflächen übertragen, etwa auf Textilien.“
Funktionstextilien als „Saugrüssel“
Derartige superhydrophobe Stoffe lassen sich dann beispielsweise einsetzen, um Ölfilme effizient und ohne Einsatz von Chemie von Wasseroberflächen zu entfernen. Anders als andere Materialien, die zu diesem Zweck bislang genutzt werden, nehmen sie das Öl aber nicht in sich auf. „Stattdessen wandert es, einzig und allein getrieben von seinen Adhäsionskräften, auf der Oberfläche des Textils entlang“, erklärt Barthlott. „Im Labor haben wir derartige Stoff-Bänder beispielsweise über den Rand eines auf dem Wasser treibenden Behälters gehängt. In kurzer Zeit hatten sie das Öl nahezu komplett von der Wasseroberfläche entfernt und in den Behälter transportiert.“ Den Antrieb liefert dabei die Schwerkraft; der Boden des Behälters muss deshalb unterhalb der Wasseroberfläche mit dem Ölfilm liegen. „Das Öl wird dann vollständig abgeschöpft – wie mit einem automatischen Fettlöffel für die Fleischbrühe.“
Damit werden superhydrophobe Textilien auch für die Umwelttechnik interessant. Versprechen sie doch einen neuen Lösungsansatz für das drängende Umwelt-Problem zunehmender Ölverschmutzungen auf Gewässern. Auf dem Wasser schwimmende Ölfilme verhindern einerseits den Gasaustausch durch die Oberfläche. Andererseits sind sie für viele Pflanzen und Tiere bei Kontakt gefährlich. Da sich Ölfilme zudem schnell über große Oberflächen ausbreiten, können sie ganze Ökosysteme gefährden.
Reinigung ohne Chemie
Das neue Verfahren kommt ohne den Einsatz von Chemikalien aus. Von herkömmlichen Bindemitteln wird das Öl zudem einfach aufgesaugt und kann dann später meist nur noch verbrannt werden. Anders bei der Superhydrophobie-Methode: „Das in den schwimmenden Behälter abgeschöpfte Öl ist so sauber, dass es sich wiederverwenden lässt“, erklärt Prof. Barthlott.
Das Verfahren ist nicht für großflächige Ölkatastrophen wie nach einem Tankerunglück gedacht. Aber gerade kleine Verschmutzungen – etwa durch Motoröl von Autos oder Schiffen, Heizöl oder Leckagen – sind ein drängendes Problem. „Besonders in stehenden oder langsam fließenden Gewässern werden auch geringe Mengen zu einer Gefahr für das Ökosystem“, betont der Biologe. Dort sieht er denn auch das Haupteinsatzpotenzial der neuen Methode, die von der Universität Bonn zum Patent angemeldet wurde.
Im Prinzip zeigen viele Oberflächen superhydrophobes Verhalten, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß. Grundvoraussetzung ist zunächst einmal, dass das Material selbst wasserabweisend ist – zum Beispiel aufgrund einer Wachs-Beschichtung. Das allein reicht aber nicht aus: „Superhydrophobie basiert immer auch auf bestimmten Strukturen auf der Oberfläche wie etwa kleinen Haaren oder Warzen – oft in nanotechnologischer Dimension“, sagt der Botaniker der Universität Bonn. Auch ihm ist zu verdanken, dass die Wissenschaft inzwischen sehr viel mehr über diese Zusammenhänge weiß als noch vor einigen Jahrzehnten.
Die Forschungsarbeiten werden von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU gefördert. „Das hilft uns nun dabei, in Kooperation mit der RWTH Aachen gezielt öladsorbierende Materialien mit besonders guten Transporteigenschaften zu entwickeln“, sagt Barthlott.
Publikation: W. Barthlott, M. Moosmann, I. Noll, M. Akdere, J. Wagner, N. Roling, L. Koepchen-Thomä, M.A.K. Azad, K. Klopp, T. Gries & M. Mail (2020): Adsorption and superficial transport of oil on biological and bionic superhydrophobic surfaces: a novel technique for oil-water separation. Philosophical Transactions A., DOI >> https://doi.org/10.1098/rsta.2019.0447 Quelle: Presseinformation der Uni Bonn
