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.
Neue Beschichtung lässt selbst Öl und Blut abperlen.
Die fleischfressende Kannenpflanze ist das Vorbild für ein neues Material, das fast alles spurlos an sich abgleiten lässt. Es besteht aus einer porösen, mit einer Flüssigkeit überzogenen Oberfläche, an der weder Wasser, noch Öl oder Blut haften bleiben, berichten Forscher im Fachmagazin Nature. Im Gegensatz zu bisher bekannten nanostrukturierten Oberflächen sei das neue Material nicht nur einfach und günstig herzustellen, es funktioniere auch unter hohem Druck, bei Kälte und könne kleine Schäden selbst heilen.
Neuer Hightech-Helfer besitzt Antrieb nach dem Vorbild der Natur
Spinnen sind sehr beweglich, einige springen sogar. Diese Fähigkeit verdanken sie ihren hydraulisch betriebenen Gliedern. Forscher haben jetzt einen Laufroboter konstruiert, der den Antrieb der Spinnenbeine zum Vorbild hat. Das im 3D-Druckverfahren gefertigte Leichtgewicht erkundet für den Menschen unzugängliches Terrain.
Nach Naturkatastrophen, Industrie- oder Reaktorunfällen oder bei Feuerwehreinsätzen kann er die Rettungskräfte unterstützen, indem er etwa Live-Bilder überträgt oder Gefahrenquellen wie austretendes gefährliches Gas aufspürt.
Forscher erzeugen biologisch inspirierte Nanostruktur für elektronische Bauteile
Forscher haben die Flügel eines Schmetterlings als Vorbild genutzt, um Silizium eine dauerhaft wasserabweisende Oberfläche zu verleihen. Wie beim natürlichen Vorbildwirken dabei winzige Gruben, Poren und Kegel als Luftfallen. Diese Luft wirkt wie ein Puffer zwischen Material und Wasser und verhindert, dass die Oberfläche benetzt wird. Normalerweise seien nach diesem Prinzip hergestellte Materialien sehr anfällig gegenüber äußeren Störungen und behielten ihre Schutzfunktion daher nicht lange. Jetzt habe man erstmals eine solche wasserabweisende Oberfläche erstellt, die länger als ein Jahr stabil blieb, berichtet das internationale Forscherteam im Fachmagazin Applied Physics Letters.
Die leuchtendblauen Flügel des australischen Odysseusfalter(Papilioulysses) sind nicht nur für ihr Schimmern bekannt, sie wirken auch extrem wasserabweisend. Tropfen perlen von ihrer Oberfläche ab, ohne Nässe oder andere Spuren zu hinterlassen. Ursache dafür ist ein komplexer Aufbau der Flügelschüppchen, bei dem winzige Strukturen in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind.
Um diese komplexe Struktur nachzuahmen, gingen die Wissenschaftler einen ungewöhnlichen Weg: Sie nutzen Fehler, die beim Ätzen von Silizium-Schaltkreisen auftreten, um die feinen Nanoformen zu erzeugen.
Forscher schauten Design vom Meeresäuger ab
Moderne Hubschrauber könnten durch ein von Buckelwalen abgeschautes Merkmal schneller und manövrierfähiger werden. Denn den Meeressäugern verhelfen einige typische Buckel an ihren Vorderflossen zu ihrem Geschick unter Wasser. Forscher haben diese Strukturen jetzt auf Hubschrauberrotoren übertragen und so deren Flugverhalten verbessert.
Dem Rotor verdankt der Hubschrauber seine besondere Fähigkeit, senkrecht starten und landen zu können. Er bringt aber gleichzeitig aerodynamische Nachteile mit sich. An dem Blatt des Hauptrotors eines Hubschraubers, das sich gerade nach hinten bewegt, reißt im schnellen Vorwärts- oder Manöverflug die Luftströmung ab – es kommt zum so genannten Dynamic Stall. Dadurch entstehen Wirbel, Auftrieb geht verloren und große Kräfte wirken auf den Rotor. Der Luftwiderstand erhöht sich und die Steuerstangen am Rotorkopf sind enormen Belastungen ausgesetzt.
Nanoschuppen reagieren auf Wärme mit Farbveränderung.
Ein Schmetterling hat US-amerikanische Forscher zu einer neuen Art von Infrarotdetektor inspiriert. Dessen nanostrukturierte Flügel reagieren auf Wärmestrahlung mit einer Farbänderung. Indem man das Prinzip nachahme oder sogar noch verbessere, ließen sich Sensoren bauen, die schneller, kleiner und empfindlicher seien als die heutigen Detektoren, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Nature Photonics.
Tierisches Vorbild von Andrew Pris und seinen Kollegen vom General Electric Global Research Center in New York ist der südamerikanische Morpho-Schmetterling. Seine Flügel schimmern metallisch grün-blau, diese Farbe kommt durch viele übereinanderliegende Strukturlamellen zustande, die das einfallende Licht mehrmals reflektieren. Aber Morpho kann noch mehr: Unsere Experimente zeigen, dass die komplexe Gestalt des Morpho-Schmetterlingsflügel optisch auf Temperatur reagiert, schreiben die Wissenschaftler.
Detailanalyse des Benetzungsverhaltens erklärt Schutzeffekt und bietet Potenzial für technische Anwendungen.
Vogelfedern lassen Wassertropfen schnell und effizient abperlen. Doch dieser Schutzeffekt hat seine Grenzen. Um diese zu bestimmen, analysierten nun französische und amerikanische Forscher das Benetzungsverhalten von Tropfen auf feinen Fasern im Detail. Je nach Größe der Tropfen und Struktur der Fasern stößt ein Federkleid das Wasser mehr oder weniger gut ab. Die Studie, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, bietet auch neue Ansätze für optimierte Haarsprays und funktionelle Mikrostrukturen von Materialien.
Sonderausgabe der Zeitschrift Bioinspiration & Biomimetics (Volume 7
Number 1, March 2012):
Editorial: Has biomimetics arrived in architecture?
Petra Gruber and George Jeronimidis (Guest Editors)
Beyond assemblies: system convergence and multi-materiality.
Tom Wiscombe
Design and construction principles in nature and architecture.
Jan Knippers and Thomas Speck
Biomimetic design processes in architecture: morphogenetic and evolutionary computational design.
Achim Menges
Numerical simulations of odorant detection by biologically inspired sensor arrays.
R Schuech, M T Stacey, M F Barad and M A R Koehl
Improved single- and multi-contact life-time testing of dental restorative materials using key characteristics of the human masticatory system and a force/position-controlled robotic dental wear simulator.
D Raabe, A Harrison, A Ireland, K Alemzadeh, J Sandy, S Dogramadzi, C Melhuish and S Burgess
Studying nanostructured nipple arrays of moth eye facets helps to design better thin film solar cells.
Rahul Dewan, Stefan Fischer, V Benno Meyer-Rochow, Yasemin Özdemir, Saeed Hamraz and Dietmar Knipp
An oscillator network exhibiting a long-lasting response to an external signal.
Takuro Moriyama and Daisuke Kurabayashi
A decentralized control scheme for an effective coordination of phasic and tonic control in a snake-like robot.
Takahide Sato, Takeshi Kano and Akio Ishiguro
Stance leg control: variation of leg parameters supports stable hopping.
Sebastian Riese and Andre Seyfarth
Pressure-actuated cellular structures.
M Pagitz, E Lamacchia and J M A M Hol
Kinematic control of aerodynamic forces on an inclined flapping wing with asymmetric strokes.
Hyungmin Park and Haecheon Choi
Emergence of self-organized amoeboid movement in a multi-agent approximation of Physarum polycephalum.
Jeff Jones and Andrew Adamatzky
A bio-robotic platform for integrating internal and external mechanics during muscle-powered swimming.
Christopher T Richards and Christofer J Clemente
Micro/nanofabrication for a realistic beetle wing with a superhydrophobic surface.
Jin Hwan Ko, Jihoon Kim, Jongin Hong, Yonghoon Yoo, Youngjong Lee, Tai Lie Jin, Hoon Cheol Park, Nam Seo Goo and Doyoung Byun
Effects of shape and stroke parameters on the propulsion performance of an axisymmetric swimmer.
Jifeng Peng and Silas Alben
Raumstationen und andere künstliche Gebilde im All, die wie Pflanzen wachsen – das ist eine Vision, für deren Umsetzung das “Advanced Concepts Team“ der Europäischen Weltraumorganisation ESA Ideen sucht. Lassen sich Roboter bauen, die der Strategie von Rankgewächsen oder Pflanzensamen folgen? Jeweils 25.000 Euro stehen für Machbarkeitsstudien zur Verfügung.
Ranken wachsen in die Höhe, indem sie sich um Objekte in ihrer Umgebung schlingen. Das bringt sie näher zu ihrer primären Energiequelle, dem Sonnenlicht, ohne dass sie Energie für die Bildung einer eigenen stabilen Struktur aus Stamm und Ästen aufwenden müssen. Die Vorgehensweise ist dabei rein reflexartig und stützt sich ausschließlich auf den Tastsinn: Die Sprossachsen der Ranke wachsen zunächst spiralförmig und erkunden auf diese Weise einen möglichst großen Raum. Wenn sie dabei auf einen Gegenstand treffen, schlingen sie sich um diesen herum.
Die Ingenieure bei der ESA sind besonders beeindruckt, dass Rankpflanzen mit dieser simplen Strategie Gegenstände unbekannter Gestalt sicher greifen können. Sie sehen dafür mehrere Einsatzmöglichkeiten im Weltall: Die Länge von Kabelverbindungen könnte so kontrolliert werden, Roboter mit Rankmanipulatoren könnten Weltraummüll einsammeln, Satelliten betanken oder sich nach und nach zu komplexeren Strukturen zusammenfügen.
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Mit Scharnieren kennt Jan Knippers sich aus. Als junger Ingenieur war er mit der Konstruktion der Kieler Hörnbrücke betraut, die sich mitsamt Fahrbahn, Gehweg und den seitlichen Geländern zusammenfaltet, wenn ein Schiff passieren will. Hunderte Scharniere mussten dafür aufeinander abgestimmt werden. “Wir hatten vor Ort unsere liebe Not, bis endlich alles funktionierte“, erinnert sich Knippers, der heute Architektur an der Universität Stuttgart lehrt.
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Gemäß der allseits beliebten Gerüchteküche plant Noiseblocker in naher Zukunft seinen nächsten Streich und arbeitet demnach an den ersten sogenannten bionischen Lüftern. Bei bisherigen Lüftern der Oberklasse waren nicht mehr potenzielle Nebengeräusche des Lagers für die Geräuschemissionen verantwortlich, sondern vielmehr der Luftstrom selbst der Verursacher. Mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) hätte man angeblich ein revolutionäres Design auf den Weg gebracht, das herkömmlichen konventionellen Lösungen um ein Vielfaches überlegen sein soll. Gerade die einzelnen Lüfterblätter sollen in Anlehnung an die Bionik vollkommen überarbeitet worden sein.
Die Bionik hat dabei zum Ziel, durch gezielte Beobachtung der Natur neue Forschungsmodelle auf den Weg zu bringen. Im vorliegenden Fall soll dabei insbesondere die Pinguinforschung ein Vorbild gewesen sein. Die Kegelform der Polarbewohner ermöglicht einen signifikant niedrigeren Strömungswiderstand unter Wasser und energiereiche, unkontrollierte Verwirbelungen werden auf ein Minimum reduziert. Bezogen auf die neuen Lüftermodelle, soll der Luftstrom als Lautstärkeindikator daher der Vergangenheit angehören.
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… Dass die Paradiesvogelblume dafür einst Pate stand, sieht man den fertigen Lamellen allerdings nicht an. Flectofin, so haben die Stuttgarter Ingenieure ihre Sonnenschutzlamelle getauft, ist weiß, flach und gerade. Die matte Kunststoffoberfläche suggeriert eher klinische Reinheit als fragile Schönheit. …
