Das Schönste, was wir entdecken können, ist das Geheimnisvolle.
Albert Einstein, Physiker
Bionik ist das anwendungsorientierte Zusammenspiel von Wissenschaft und forschenden Unternehmen. Ihre Ergebnisse zielen auf Innovationen nach dem Vorbild der Natur. Sie sollen immer das Potenzial haben, Ideengeber für ein besseres Morgen zu sein. Solchen erfolgreichen Lösungen schaffen Nachrichten mit Nachhaltigkeit.
Parasiten gehören zu den unbeliebtesten Organismen. Beim Bionik-Projekt "BioFix" der fischer Unternehmensgruppe in Zusammenarbeit mit der Universität Bremen haben sie aber dabei geholfen, innovative Befestigungs- und Fügelösungen für Leichtbausysteme in der Bauindustrie zu entwickeln.
Bionik vereint Biologie und Technik. Im Mittelpunkt steht das Lernen von der Natur, deren Funktionsprinzipien in Milliarden Jahren evolutionärer Entwicklung optimiert wurden und Ideengeber für nachhaltige und innovative Anwendungen sind.
"Die Natur präsentiert uns viele Lösungen, die wir verstehen und für unsere Zwecke erfolgreich nutzen können", sagt Dr. Joachim Schätzle, Forschungschef der fischer Unternehmensgruppe: "Mit unserem Forschungsprojekt BioFix und dessen Folgeprojekt erforschen wir hier bei fischer die Befestigungslösungen, die in der Natur bereits erfolgreich funktionieren und passen diese an unsere technischen Anforderungen an. Das hat uns für die Entwicklung neuer Wirkprinzipien inspiriert. Einzelne Ergebnisse konnten wir bereits erfolgreich bei der Weiterentwicklung unserer Produkte umsetzen."
In dem Projekt wurden zunächst biologische Befestigungs- und Fügesysteme sowie deren Wirkprinzipien identifiziert und analysiert. Als biologisches Vorbild für minimalinvasive Befestigungs-systeme wurden parasitäre Organismen herangezogen.
Die für ihr "Zirpen" bekannten Zikaden zum Beispiel bohren sich mit ihren Mundwerkzeugen durch die Blattoberfläche hindurch, um Pflanzen-säfte zu saugen. Dabei kommt es zu einer temporären Verankerung im Pflanzgewebe. Die Veranke-rungsstrukturen standen dabei im Fokus der Untersuchungen. Anschließend wurden nach den gewonnenen Erkenntnissen innovative Leichtbaubefestigungssysteme entwickelt.
"Dank der energetischen Modernisierung sind viele Wände heute aus einem weicheren Material. Wärmedämmverbundsysteme und Gipskartonplatten machen es herkömmlichen Dübel zunehmend schwerer, Halt zu finden", berichtet Markus Hollermann. "So wurde ein Dübel entwickelt, der sich in der Wärmedämmschicht, fixieren kann – nach dem Vorbild der Natur", ergänzt Felix Förster.
Das Forschungsergebnis im Rahmen ihrer Abschlussarbeit bescherte den beiden Studenten und Mitgliedern des Bionik-Kompetenznetzwerks BIOKON auch den „Internationalen Bionic-Award 2010“ und machte beide kurz danach zu Unternehmern. „Wir entschlüsseln die Natur für Sie!“ Mit diesem Motto haben die beiden ihr eigenes Unternehmen "die Bioniker" in Bremen gegründet.
Neue mit Hilfe der Natur entwickelte Befestigungslösungen, im und für den Leichtbau, könnten diesen sinnvoll unterstützen oder erst ermöglichen. Darüber hinaus zeigen Erfahrungen aus anderen bionischen Entwicklungsprojekten, dass sich, bedingt durch die Andersartigkeit des Innovationszugewinns, nicht selten zusätzliche und ergänzende Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten ergeben.
Und ganz nebenbei haben die Parasiten als Vorbild dabei geholfen, ein ganz neues Unternehmen zu gründen.
Treibsamen liefern in einem Bionik-Forschungsprojekt die Inspiration für neuartige Beschichtungen von Schiffsrümpfen oder exponierten Stellen von Raumfahrzeugen. Durch ein wirksames Antifouling – der Verhinderung der Oberflächenbesiedlung durch Tiere, Pflanzen, Pilze oder Bakterien – könnten in der Seefahrt weltweit Millionen Tonnen Treibstoff gespart werden. Zudem würde sich durch eine Minderung der Korrosionsschäden die Lebenszeit der Boote erhöhen lassen.
„Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer giftfreien Beschichtungsmethode nach biologischem Vorbild zur Vermeidung von Aufwuchs sowohl für den Seewassereinsatz als auch für den Einsatz in Extremhabitaten“, sagt Dr. Klaus Slenzka von der OHB-System AG in Bremen. Die Firma gehört neben Fraunhofer IFAM, der Evonik Degussa und dem Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen zum Antifouling-Entwicklungsteam.
Bionik vereint Biologie und Technik. Im Mittelpunkt steht das Lernen von der Natur, deren Funktionsprinzipien in Milliarden Jahren evolutionärer Entwicklung optimiert wurden und Ideengeber für nachhaltige und innovative Anwendungen sind.
In diesem aktuellen Projekt dienen Organismen, deren Antifouling-Strategien im Laufe von Jahrmilliarden optimiert wurden, als Vorbild. In Freilandversuchen konnten bis dato zwölf vielversprechende Spezies identifiziert werden, die im Test einen reduzierten Bewuchs aufzeigen. Zu ihnen gehören Treibsamen, deren Oberfläche auch nach zwölfwöchiger Auslagerung in der Nordsee noch weitgehend intakt war. Die Oberflächen der Objekte wurden unter anderem durch eine hochauflösende mikroskopische Erfassung analysiert.
Zwischenzeitlich gelang zudem die Identifikation von geeigneten Substanzen mit nachweislich antimikrobieller Wirkung zur Einbringung in Lacksysteme. Die Wirksamkeit der Anstriche lässt sich sowohl im standardisierten Labor-Bioscreening-Verfahren als auch in Freilanderprobungen belegen. Lange Zeit wurden Breitbandtoxine wie TBT als Schiffsanstriche eingesetzt, um den Bewuchs zu verhindern. Diese sind wegen ihres Giftgehalts seit 2003 durch die International Maritime Organisation (IMO) verboten.
Giftfreie Oberflächenbeschichtungen nach biologischem Vorbild würden ganz erheblich zur Reduktion des Schadstoffeintrags ins Wasser als auch zur Reduktion des Verbrauchs fossiler Brennstoffe und der damit verbundenen atmosphärischen Schadstoffbelastung führen. Der Markt für Antifouling-Produkte ist bereits heute weltweit immens und im Zuge sich ausweitender Schiffskapazitäten schnell wachsend. Alle wesentlichen Hersteller von Schiffsanstrichen kommen als potenzielle Abnehmer in Frage und bekunden bereits jetzt starkes Interesse an giftfreien Antifouling-Wirksystemen.
Wie weich und elegant Schnecken ihre Fühler ausfahren können, begeistert nicht nur Kinder. Jetzt soll das Vorbild der Schneckententakel dabei helfen, Druckgeschwüre bei immobilen Patienten zu verhindern. In den Fachgebieten Mechanismentechnik und Biomechatronik der TU Ilmenau ist ein entsprechender mechanischer Protoytyp zur Dekubitusprophylaxe entwickelt worden.
„Wir haben dessen Funktionsfähigkeit schon nachgewiesen“, sagt Projektleiterin Professor Lena Zentner. „So können Menschen indirekt von den Schnecken profitieren.“ Das ist ein Beispiel für Bionik. Die Querschnittswissenschaft vereint Biologie und Technik. Im Mittelpunkt steht das Lernen von der Natur, deren Funktionsprinzipien in Milliarden Jahren evolutionärer Entwicklung optimiert wurden und Ideengeber für nachhaltige und innovative Anwendungen sind.
In diesem Fall geht es um das Problem des Wundliegens vorübergehend bewegungsloser Kranker, was nicht nur bei den Betroffenen und ihren Angehörigen für einen Verlust von Lebensqualität sorgt. Auch der volkswirtschaftliche Schaden in Deutschland ist durch Therapiekosten von bis zu 50.000 Euro pro Kopf mit insgesamt bis zu zwei Milliarden Euro jährlich immens.
Das zeigt, dass herkömmliche Methoden zur Behandlung nicht ausreichen. Ziel des Projektes „Adaptives Gewebe“ war es daher, ein anpassungsfähiges Lagerungssystem für Patienten mit fehlender Eigenbewegung zu entwickeln. Es sollten nachgiebige und aktive Strukturen verwendet werden, die durch Stimulation der Blutversorgung des Gewebes sowie Entlastung langzeitbeanspruchter Gewebepartien die Entstehung von Druckgeschwüren vermindern oder ganz verhindern können.
Die Idee für den Bau des Demonstrators fanden die Forscher aus Thüringen dabei bei der Weinbergschnecke. Deren Tentakel bilden im eingefahrenen Zustand eine nahezu ebene Oberfläche, beim Ausfahren wird eine Hubbewegung bei gleichzeitig erhaltener Nachgiebigkeit erzeugt. Durch Druckveränderung im Inneren der Fühler wird Bewegung erzeugt.
Diese Funktionsweise der Natur wurde in Ilmenau mit einer aktiven Matte mit neun nachgiebigen Silikonstrukturen nachgebaut. Der Hub und die Steifigkeit der einzelnen Module kann durch die Änderung des Innendrucks per Druckluftzufuhr gesteuert werden. Sensoren messen den Druck des Patienten auf jede nachgiebige Struktur, damit diese entsprechend pneumatisch verändert werden kann. Damit wird die Belastung betroffener Körperpartien und Hautstellen so gering wie möglich gehalten.
In entsprechenden Tests wurde die Funktionsfähigkeit des Prototypen nachgewiesen, in weiteren Versuchen soll das Prinzip bis zur Serienreife perfektioniert werden. Bewegungsunfähige Patienten in Krankenhäusern und Altenheimen können also darauf hoffen, dass ihnen mechanische Schneckententakel bald Linderung bringen.
Roboter nach dem Vorbild des Elefantenrüssels bauen, in der Schifffahrt ein Prozent des weltweiten Treibstoffverbrauchs nach dem Vorbild des Schwimmfarns einsparen oder klebstofffreies Haftmaterial dem Geckofuß abschauen – die Bionik eröffnet ganz neue Chancen für Mensch wie Wirtschaft.
Durch die Fördermaßnahme „BIONA Bionische Innovationen für nachhaltige Produkte und Technologien“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung wurden von 2008 bis 2012 mit insgesamt rund 35 Millionen Euro in 35 Projekten nachhaltige technische Entwicklungen mit bionischem Ansatz gefördert.
Bionik vereint Biologie und Technik. Im Mittelpunkt steht das Lernen von der Natur, deren Funktionsprinzipien in Milliarden Jahren evolutionärer Entwicklung optimiert wurden und Ideengeber für nachhaltige und innovative Anwendungen sind.
Das Bionik-Kompetenznetz BIOKON vernetzte die Projekte dabei inhaltlich und organisatorisch, um den Gesamterfolg der Fördermaßnahme zu maximieren und den Ergebnis-Transfer in Anwendungen voranzutreiben. So wurden zum Beispiel die geförderten Projekte und Forschergruppen durch Veranstaltungen, Workshops und Messen in die Bionik-Community integriert. Eine internetbasierte Kommunikationsplattform fördert den Austausch der Akteure, der auch weiterführende Kooperationen ermöglicht.
„Zudem wurde über „BIOKON international – The Biomimetics Association“ ein internationales Bionik-Netzwerk aufgebaut, um Bionik auch auf der europäischen und internationalen Forschungsagenda sichtbar zu positionieren", sagt BIOKON-Geschäftsführer Dr. Rainer Erb.
Das internationale Bionik-Netzwerk wurde am 4. März 2009 als gemeinnütziger eingetragener Verein mit Sitz in Berlin gegründet. Heute hat BIOKON international bereits über 100 Mitglieder, darunter führende Bionik-Wissenschaftler und renommierte Institutionen aus 16 Ländern.
Durch die oben genannten Aktivitäten gelang es, die Projektergebnisse der Fördermaßnahme BIONA in Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und Medien noch besser bekannt zu machen. Bionik kann so langfristig als leistungsfähige innovative Wissenschaftsdisziplin etabliert werden. Erfolge zeigen sich in der Industrie, wo das Potenzial der Bionik zunehmend als eine Variante zur Gestaltung innerbetrieblicher Innnovationsprozesse erkannt und genutzt wird.
Das Bionik-Kompetenznetz präsentiert eine neue Website in frischem Gewand. Übersichtlicher, schneller und frischer aufbereitet als bisher finden Sie auch weiter alle wichtigen Informationen über die Bionik und BIOKON. Farbenprächtige Fotos sollen Ihnen mehr Spaß, die einfache Menüführung das Zurechtfinden auf der Seite leichter machen. Und das optimiert für jedes Endgerät.
Der Willis Tower ist das höchste Gebäude Chicagos, wer zu Fuß hinauf will, hat selbst mit zwei gesunden Beinen einen anstrengenden Weg vor sich. Zac Vawter hat die 103 Stockwerke geschafft – als erster Mensch mit einer bionischen Beinprothese.
Zac Vawter hat hart für diesen Anblick gearbeitet. Am Sonntag stand der 31-Jährige endlich auf dem “Skydeck“, es war ein Triumph für ihn und ein Erfolg für die Wissenschaft. Denn Vawter hat die 2107 Stufen erklommen, obwohl er sein rechtes Bein vor drei Jahren bei einem Motorradunfall verloren hat.
Das Rehabilitation Institute of Chicago nennt Vawters Prothese das “weltweit erste neural-kontrollierte bionische Bein“, wie CNN berichtet. Das bedeutet: Wenn Vawter daran denkt, die Treppen zu steigen, werden Signale an die Prothese gesandt, die diese in Bewegung setzen. Die Technik sei zuvor bereits in Armen und Fingern eingesetzt worden, aber noch nie in einem Bein, schreibt CNN.
Wassersammelndes Abstandsgewebe am iTV Denkendorf entwickelt
Ein wunderbares Beispiel für die Funktionsweise smarter Materialien ist die Entwicklung eines wassersammelnden 3D-Textils am ITV in Denkendorf. Bei dieser haben die Wissenschaftler die Funktionsweise des Namib-Käfers aufgegriffen, der mit seiner mikroskopisch kleinen Hautstruktur in der Lage ist, Wasser aus Luftfeuchtigkeit zu gewinnen. Tautröpfchen haften an der Haut an, sammeln sich auf der Wasser anziehenden Oberfläche und perlen auf dem chitinhaltigen Panzer in seinen Mund ab. Auf diese Weise ist er in der Lage selbst in trockenen Wüstenregionen zu überleben. In Kooperation mit der Universität Tübingen wurde am ITV in Denkendorf ein Abstandtextil entwickelt, das diese Funktionsweise aufgreift und in Küstennähe Wasser aus Nebelschwaden gewinnen kann. Je nach Region ließen sich mit einem Quadratmeter des 2 Zentimeter dicken Materials zwischen 3 Liter (Namib Wüste) bis 55 Liter (Südafrika) Wasser gewinnen. Zudem ließen sich mit dem Textil Schadstoffe aus der Luft filtern.
“Es ist faszinierend, in der Natur Organismen zu beobachten, die unter härtesten Bedingungen überleben. Insbesondere hat uns das “Nebelfangen“ in den trockensten Zonen der Erde zu Entwicklungen von Materialien und technischer Prozesse für die Wassergewinnung inspiriert.“ sagt Dr. Thomas Stegmaier (iTV Denkendorf)
Der VDI Verein Deutscher Ingenieure hat gemeinsam mit dem Bionik-Kompetenznetz e.V. BIOKON einen Katalog an Empfehlungen formuliert, wie die Potenziale der Bionik in Zukunft besser genutzt werden können. Die Empfehlungen finden sich im neuen Positionspapier “Zukunft der Bionik: Interdisziplinäre Forschung stärken und Innovationspotenziale nutzen“.
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Vorbereitungen für Studiengang und Förderprojekt laufen nach Plan
Für die Studierenden beginnt in wenigen Wochen das erste Semester BIONIK an der Fachhochschule Gelsenkirchen Abteilung Bocholt. Zeitgleich wird ein Förderantrag für ein BIONIK-Projekt vorbereitet. Wesentliche Meilensteine für die Implementierung der Zukunftstechnologie im Kreis sind damit umgesetzt.
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Schon mal etwas von selbstheilenden Flip-Flops und Insektenaugenkameras gehört? Das Symposium »Prototype nature« macht derartige Innovationen zum Thema. Gleichzeitig widmet es sich der Rolle der Bionik als Disziplin für eine nachhaltige Zukunft. »Prototype nature« findet am 10. und 11. Dezember im SANAA-Gebäude auf dem Welterbe Stiftung Zollverein in Essen statt. Es wird veranstaltet in Zusammenarbeit der Folkwang Universität der Künste mit Fraunhofer UMSICHT.
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Der Lotoseffekt ist uns allen bekannt. Fassadenfarbe, Dachziegel oder Markisen werden so hergestellt, dass Wasser einfach abperlt und auch gleich noch den Schmutz mitnimmt. Vorbild für die Nanostruktur dieser Oberflächen ist die Lotospflanze. Nun haben Forscher ein weiteres Vorbild für technische Oberflächen in der Natur gefunden: die schuppige Haut von Echsen. Ganz im Gegensatz zum Lotos zieht sie das Wasser aus der Umgebung an.
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