BIOKON – Das Bionik-Kompetenznetz

Nachrichten mit Nachhall

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.

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Forschung // 24. Februar 2012

Schmetterling liefert Vorbild für Infrarotsensor

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.

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Forschung // 24. Februar 2012

Wann Fasern und Federn Tropfen abperlen lassen

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.

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Forschung // 24. Februar 2012

Bio-inspirierte Architektur und Konstruktion

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

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Forschung // 17. Februar 2012

Pflanzen als Vorbild für Roboter

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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Presse // 17. Februar 2012

Der Trick mit dem Knick

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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Presse // 17. Februar 2012

Noiseblocker arbeitet an bionischem Lüfter


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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Forschung // 25. Januar 2012

Der Trick mit dem Knick: Paradiesvogelblume dient als Vorbild

… 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. …

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Presse // 4. Januar 2012

Stahlbeton – eine bionische Erfindung

Das Stützgewebe der Blätter von Optuntien – einem Kakteengewächs – war das natürliche Vorbild für den modernen Stahlbeton.

Die Erfindung des Stahlbetons hat viele Bauten überhaupt erst möglich gemacht: Autobahnen und Schallschutzmauern, Brücken und Tunnel, Türme und Masten, Häuser und Hochhäuser (Plattenbauten) und zahlreiche Fertigbauteile, wie Platten und Behälter.

Quelle: “Bionik – Lernen von der Natur“, Werner Nachtigall, C.H. Beck-Verlag, S.17+18, ISBN: 978-3-406-53636-6

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Forschung // 29. Dezember 2011

Lichtempfindliche Rezeptoren reagieren auf UV-Strahlung

Die Haut kann nicht nur fühlen, sondern in gewisser Hinsicht auch sehen, haben US-Forscher entdeckt: Um UV-Licht aufzuspüren, nutzt sie das gleiche System, das auch die Augen fürs Sehen in der Dunkelheit verwenden. Damit kann sie bereits innerhalb von Sekunden feststellen, ob die empfindlichen Hautzellen der energiereichen UV-Strahlung ausgesetzt sind oder nicht. Bei Bedarf kann sie dann sofort entsprechende Schutzmaßnahmen einleiten – wie etwa die Produktion des dunklen Farbstoffs Melanin. Bisher war lediglich bekannt gewesen, dass dieses Pigment als Reaktion auf Schäden an der Erbsubstanz DNA gebildet wird, ein Vorgang, der jedoch mindestens zwölf Stunden dauert. Der neu entdeckte Mechanismus greife dagegen unerwartet schnell, berichtet das Team um Elena Oancea von der Brown University in Providence.

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Forschung // 29. Dezember 2011

Fledermäuse können in Sekundenbruchteilen ihre Ohren verformen

Die Fledermaus wird ihrem geheimnisvollen Ruf wieder einmal gerecht: Für den optimalen Empfang der Echos ihres berühmten Ultraschall-Navigationssystems können die Tiere die Form ihrer Ohrmuscheln binnen einer Zehntelsekunde extrem verändern. Zum Vergleich: Der Wimpernschlag eines Menschen dauert etwa dreimal so lange. Die spektakulären Ohrbewegungen konnten Biologen nun an Fledermäusen aus der Familie der Hufeisennasen dokumentieren, von denen auch zwei Arten in Deutschland vorkommen. “Fledermäuse verschaffen sich durch die blitzschnelle Verformung der Ohren unterschiedliche Höreindrucke, die ihnen zusätzlich feine Informationen über die Umwelt liefern – das ermöglicht die perfekte Navigation und Insektenjagd in völliger Dunkelheit“, erklärt Rolf Müller von der Virginia Tech University in Blacksburgh.

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Forschung // 29. Dezember 2011

Airdrop – Bewässern mit dem Nebeltrinker-Käfer

Ein hochinteressantes Bewässerungssystem für trockene Regionen dieser Welt, das auf den Prinzipien der hydrophilen Haut des Namib-Schwarzkäfers basiert, wurde im November 2011 mit dem James Dyson Award ausgezeichnet. Mit seiner mikroskopisch kleinen Hautstruktur ist das Insekt in der Lage, Wasser aus der Luftfeuchtigkeit zu gewinnen und so selbst in trockenen Wüstenregionen zu überleben. Tautröpfchen haften an der Haut an, sammeln sich auf der Wasser anziehenden Oberfläche und perlen auf dem Chitin haltigen Panzer in seinen Mund ab. Der australische Designer Edward Linacre hat das Prinzip des Käfers analysiert und auf ein Bewässerungssystem übertragen. Airdrop pumpt Luft durch ein unterirdisches Röhrennetz, setzt die Temperatur bis unter den Taupunkt herab und extrahiert die Feuchtigkeit aus der Luft. Pflanzen können diese dann direkt verwerten. Nach Berechnungen des Entwicklers ließen sich selbst in übertrockenen Regionen aus einem Kubikmeter Luft bis zu 11,5 ml Wasser gewinnen.

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