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.
Für den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten nominiert und von der Jury in den „Kreis der Besten“ aufgenommen wurden BIOKON-Mitglied Airbus, LZN Laser Zentrum Nord und Concept Laser mit ihrer gemeinsamen Entwicklung zum 3D-Drucken. Ihnen gelang es, ein dreidimensionales gedrucktes Flugzeugbauteil aus Metall zu fertigen – einen Kabinenhalter aus Titan.
Airbus – und auch anderen Industriezweigen in Deutschland – steht damit ein neues Produktionsverfahren zur Verfügung, das weit mehr Möglichkeiten bietet als herkömmliche Fertigungsverfahren. Mit dieser neuen Verfahrenstechnik werden Produkte nicht aus einem Materialstück herausgestanzt, -gefräst oder -geschnitten, sondern Schicht für Schicht aufgebaut.
Das bringt etliche Vorteile: Material- und Energieverbrauch sind deutlich geringer, was Ressourcen und Klima schont. Zudem haben die Konstrukteure mehr Freiheit bei der Gestaltung der Bauteile. Und: Prototypen, Einzelstücke oder Kleinserien von Produkten lassen sich einfach und günstig herstellen.
3D-Druck im Metallbereich − reif für die industrielle Serienproduktion
Flugzeugbau stellt hohe Ansprüche an Konstruktion und Fertigung. Die Herausforderung: Komplexe Flugzeugteile effizient, kostengünstig und möglichst umweltschonend herzustellen. Peter Sander, Leiter des Bereiches Emerging Technologies & Concepts bei Airbus, Claus Emmelmann als CEO des LZN Laser Zentrum Nord sowie Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik der TU Hamburg-Harburg und Frank Herzog als Geschäftsführer von Concept Laser im oberfränkischen Lichtenfels haben dieses Verfahren mit ihren Teams entwickelt und es zur Anwendungsreife geführt: Airbus setzt das gemeinsam geschaffene Verfahren erstmals zur Herstellung eines Kabinenhalters aus Titan ein. Er dient dazu, den Crew-Ruheraum an Bord des neuen Langstreckenflugzeugs A350 XWB zu befestigen, und ist seit 2014 im Einsatz.
Das sogenannte „LaserCUSING®“ reduziert als „grüne Technologie“ nicht nur den ökologischen Fußabdruck der Fertigung, sondern verkürzt auch Ausfallzeiten der Flugzeuge während der Wartung: Benötigte Ersatzteile lassen sich nach Bedarf sofort und vor Ort drucken.
Bei Airbus plant man, den 3D-Druck künftig zur Herstellung weiterer Komponenten zu verwenden – und das innovative Verfahren zu nutzen, um neuartige konstruktive Elemente zu realisieren. Diese bionische Konstruktionsmethodik, entwickelt am LZN, ermöglicht nach dem Vorbild der Natur geformte Bauteile zu kreieren und damit bis zu 80% Gewicht zu sparen. Die so erzielte Gewichtsreduktion trägt maßgeblich zur Reduktion des CO2-Ausstoßes der kommenden Flugzeuggenerationen bei.
Neue Verfahrenstechnik: Schicht für Schicht − Bauteile aus Metall
Allerdings kamen bisher nur bestimmte Werkstoffe für die „additive Fertigung“ in Frage, etwa Kunststoffe oder leicht schmelzbare Legierungen. Durch das neue Verfahren können im 3D-Druck auch mechanisch und thermisch hoch-belastbare metallische Bauteile produziert werden. Das „LaserCUSING®“-Verfahren eignet sich etwa für verschiedene Stähle, Edelmetalle wie Gold- und Silberlegierungen sowie Legierungen auf Basis von Titan. Die Verarbeitung von Titan stellt jedoch sowohl konventionelle Fertigungsverfahren als auch das „LaserCUSING®“-Verfahren vor große Herausforderungen. Die intensiven Verfahrensentwicklungen vom Laser Zentrum Nord und Concept Laser, in enger Kooperation mit Airbus, ermöglichen nun eine qualitätsgesicherte Fertigung metallischer Bauteile für die Luftfahrt.
Pulverförmiges Metall wird mit dem energiereichen Licht eines Faserlasers bestrahlt und dadurch aufgeschmolzen. Nach dem Erkalten verfestigt sich das Material. Der Laser streicht computergesteuert Zeile für Zeile über das Metallpulver und lässt so die gewünschte Form entstehen. Um das komplette Produkt aufzubauen, wird es nach Fertigstellung jeder Schicht um einige Dutzend Mikrometer abgesenkt und danach die nächste Lage aufgebracht. Eine patentierte „stochastische“ Ansteuerung stellt sicher, dass sich auch große Bauteile, wie sie im Flugzeugbau benötigt werden, weitgehend spannungsfrei drucken lassen.
Digitale Innovation
Kern der Innovation ist der vollständig digitale Charakter des Fertigungsverfahrens. Damit lässt sich der 3D-Drucker in eine durchgängige digitale Prozesskette einbinden, bei der die einzelnen Herstellungsschritte samt Materiallogistik und Qualitätsprüfung automatisch ablaufen und aufeinander abgestimmt sind. Das revolutionäre Konzept, dessen Entwicklung und Umsetzung Forscher und Unternehmen in Deutschland führend vorantreiben, verwirklicht das Prinzip der Industrie 4.0.
Wachsender Markt
Die Bedeutung des 3D-Drucks von metallischen Produkten reicht weit über den Flugzeugbau hinaus. Die Technologie wird voraussichtlich in vielen Branchen wie dem für Deutschland besonders wichtigen Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Medizintechnik konventionelle Fertigungsmethoden ersetzen oder ergänzen. Fachleute erwarten, dass der Markt für den 3D-Druck in den nächsten Jahren auf das Fünffache wachsen wird.
Quelle: Presseservice Deutscher Zukunftspreis
Artenreichtum, die genetische Vielfalt innerhalb einer Art und die Fülle an Lebensräumen – über diese drei Bausteine der Biodiversität und ihr Zusammenspiel informiert seit dem 6. Oktober 2015 die neue Sonderausstellung „Artenreich Natur“ im Bionicum in Nürnberg.
Biodiversität bedeutet biologische Vielfalt. Diese Vielfalt hat sich in Milliarden von Jahren entwickelt und ist das Resultat der Evolution. Sie ist die Grundlage für die Sicherung der Welternährung, für neue Medikamente, für den technischen Fortschritt und auch für die Bionik. Vorrangig wird Biodiversität mit dem Begriff Artenvielfalt gleichgesetzt. Doch die Anzahl der Mikroorganismen, Tier-, Pflanzen- und Pilzarten in einem Ökosystem, beschreibt nur einen Teil. Auch genetische Vielfalt und die Vielfalt der Ökosysteme spielen eine wichtige Rolle.
Mit einer Mischung aus spielerischem Entdecken, anschaulichen Texttafeln und ausgewählten Exponaten entführt „Artenreich Natur“ Jung und Alt auf eine Reise in die einzigartige Vielfalt des Lebens. Die Besucher können ihr Wissen im Biodiversitätsquiz testen, mit allen Sinnen erfahren, was eine ‚Schlüsselart‘ ist, als Fischer die Meere retten oder sich an der Schmökerwand über Schutzprojekte informieren. Die Schau beleuchtet nicht nur den wissenschaftlichen Hintergrund der Biodiversität, sondern vermittelt anschaulich, warum ihr Bewahren für unsere Zukunft so wichtig ist.
Warum das Bionicum sich für dieses Thema entschieden hat, liegt auf der Hand: Die Bionik nutzt die Natur und seine Arten als Ideengeber. Je mehr Arten entdeckt und ihre Besonderheiten und Lebensweisen entschlüsselt werden, umso mehr kann man von ihnen lernen und in die Technik umsetzen. Bisher ist nur ein Bruchteil des Ideenreichtums der Natur bekannt, während weltweit durch Eingriffe in die Umwelt Tier- und Pflanzenarten aussterben. Der Erhalt der Ökosysteme mit ihren vielfältigen Arten wird immer wichtiger und schützt zugleich das riesige Potential für die Bionik. Andersherum können bionische Erfindungen auch die Umwelt schützen, denn so energieeffizient, ressourcenschonend und nachhaltig wie die Natur arbeitet (noch) keiner.
Weitere Informationen zum Bionicum und zur Sonderausstellung finden Sie hier >>
Die Arbeitsgruppe Bionik am Institut für Biologie II der RWTH Aachen stellt ein neues Modell für den passiven gerichteten Flüssigkeitstransport vor. Das Funktionsprinzip haben sie von der speziellen Oberflächenstruktur der texanischen Krötenechse gelernt.
Die texanische Krötenechse hat eine besondere Fähigkeit: Um ihren Durst zu stillen, muss sie keine Wasserstelle aufsuchen, sondern sie kann Flüssigkeit über die Haut aufnehmen. Mit Kapillarkanälen zwischen ihren Schuppen sammelt sie kleinste Wassermengen aus der Umgebung, beispielsweise aus feuchtem Sand. Feine Kapillarkanäle transportieren anschließend das Wasser zum Maul.
Die Forscher der RWTH Aachen haben die Geometrie dieser Kanäle auf der Haut feuchtigkeitserntender Echsen untersucht und erfolgreich auf Kunststoff- und Metalloberflächen übertragen. Die neuartigen Oberflächenstrukturen ermöglichen es, Flüssigkeiten passiv und energieneutral in eine Richtung zu transportieren – sogar entgegen der Schwerkraft.
„Die Kapillaren bilden ein Netzwerk und werden zum Maul hin enger und besitzen eine gezielte Verschaltung“, erläutert Diplom-Biologe und BIOKON-Mitglied Philipp Comanns, der über das Thema promoviert. „Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass das Phänomen auf zwei Prinzipien beruht. Das ist einmal die periodisch und asymmetrisch wechselnde Form der Kapillaren, die sich zusammenziehen und wieder weiten, und zum anderen die Verschaltung zwischen den Kapillarkanälen“, so Comanns.
Die Wissenschaftler untersuchten die Haut konservierter Echsen, die das Zoologische Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn zur Verfügung stellte. Zusammen mit der Arbeitsgruppe von Professor Werner Baumgartner an der Johannes Kepler Universität Linz entwickelten sie ein theoretisches Modell, wie sich Flüssigkeiten in solchen Kapillaren verhalten, und einen technischen Prototypen, der der Natur so nahe wie möglich kommt. Dazu laserten sie sägezahn-förmige Kapillarstrukturen in Kunststoffplatten. „Nach diesem Modell geschaffene künstliche Oberflächen verhindern den Flüssigkeitsfluss in eine Richtung, während sie ihn in die andere aufrechterhalten, selbst wenn ein geringer Gegendruck erzeugt wird“, erklärt Comanns. „Sie verhalten sich für die Flüssigkeit wie Dioden.“
Da der passive, gerichtete Transport von Flüssigkeiten oder Schmiermitteln bei vielen technischen Prozessen erforderlich ist, sehen die Wissenschaftler für die technische Anwendung ein breites Spektrum von Möglichkeiten. Dazu gehören beispielsweise der Bereich der Mikrofluidik, bei medizinischen Anwendungen, Destillen oder E-Ink-Displays. „Mit der Methode können technische Prozesse verbessert und Ressourcen geschont werden“, sagt Philipp Comanns. „Der nächste Schritt wird sein, das Prinzip für spezifische Produktgruppen weiterzuentwickeln.“
Gefördert wurde diese anwendungsorientierte innovative Forschung unter dem Titel "BioLas.exe" im Rahmen des VIP-Programms – Validierung des Innovationspotentials wissenschaftlicher Forschung – durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung und betreut durch die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH sowie den Projektträger Jülich.
Die Arbeit über den Wassertransport bei der Texanischen Krötenechse wurde in der Augustausgabe des Journal of the Royal Society Interface veröffentlicht.
Mit der Auszeichnung „Die Oberfläche“ prämiert das Fraunhofer IPA seit 2012 alljährlich innovative Anwendungen und Technologien aus dem Gebiet der Oberflächentechnik. Am 20. Juli hat die Forschungseinrichtung die diesjährigen Gewinner bekanntgegeben. Das Rennen machte die Firma Sto SE & Co. KGaA, die eine neue bionische Fassadenfarbe nach dem Vorbild des Nebeltrinker-Käfers entwickelt hat.
Um in der Wüste zu überleben, wandelt dieser Käfer den Nebel, der auf seinem Rücken kondensiert, in Wasser um. Dabei sammeln die hydrophilen Kuppen auf seinem Panzer das Wasser an. Durch die hydrophoben Täler fließt es wiederum mithilfe der Schwerkraft in Richtung Mund ab. Dieses bionische Prinzip bildet die Grundlage für die neue Fassadenfarbe: Die hydrophil-hydrophobe Mikrostruktur, die durch eine Kombination von organischen und anorganischen Komponenten und einer Selbstorganisation während der Trocknungsphase entsteht, führt das durch Tau und Nebel entstandene Wasser an der Fassade in Rekordzeit ab.
Die Fassadenoberfläche trocknet deutlich schneller und ist resistenter gegen Algen und Pilze. Ökologisch nachhaltig ist die Farbe noch dazu, denn sie wird ohne biozide Wirkstoffe und CO2-neutral hergestellt. Für die Jury war ausschlaggebend, dass die Übertragung dieses oberflächentechnischen Konzepts in die Technik zukünftig Fassaden trockener hält und damit den Wert von Gebäuden nachhaltig sichert.
Quelle: Presseinformation Fraunhofer IPA
Design-Student Carlos Arturo Torres hat gemeinsam mit dem kolumbianischen Center for Integrated Rehabilitation (CIREC) und dem Lego Future Lab das „IKO Creative Prosthetic System“ entwickelt, das mit dem Design-Award Core 77 ausgezeichnet wurde. Dabei handelt es sich um eine bionische Armprothese, basierend auf einem modularen Stecksystem, mit dem Kinder ihre Prothesen auf spielerische Weise selbst programmieren und nach ihren Wünschen gestalten können.
Kinder mit Behinderung eine Teilhabe am kindgerechten Alltag zu ermöglichen, Ihnen Ängste zu nehmen und über neue Möglichkeiten eines spielerischen Miteinander eine anderes Verständnis für ihre Situation bei Kindern ohne Behinderung hervorzurufen − das war Torres Vision für das Projekt.
Herausgekommen ist ein System, dass die Balance hält zwischen einer spielerischen Erfahrung und einer für jeden Tag funktionellen Prothese, die den Kindern helfen kann, mit dem künstlichen Arm leben zu lernen.
Die batteriebetrieben Prothese wird durch Muskelkontraktion gesteuert: Bei jeder Kontraktion des Muskels entsteht auf der Haut eine elektrische Spannung. Myoelektrische Sensoren registrieren darüber die Aktivität der Muskeln im Stumpf und senden diese Signale an das Gehirn.
Ein Prozessor, der im unteren Teil des modular aufgebauten Arms verbaut wurde, ist kompatibel mit der Lego Mindstorms-Plattform. Dieses Modul können die Kinder mit einer Vielzahl verschiedener auch selbst programmierbarer Aufsätze erweitern, wie beispielsweise einem Greifer, einem Bagger oder einem Raumschiff.
Details des Projektes sehen sie hier im Video:
Zum fünften Mal wird im Herbst 2016 der internationale Bionic-Award verliehen. Der mit 10.000 Euro dotierte Preis richtet sich an Nachwuchswissenschaftler aus der ganzen Welt. Bis zum 26. Februar 2016 können Bewerbungen eingereicht werden.
Mit dem internationalen Bionic-Award wird eine herausragende Arbeit beispielsweise in Form einer bionischen Produktentwicklung oder einer Dissertation oder Habilitation ausgezeichnet, die innerhalb der letzten zwei Jahren vor dem Einreichungstermin fertig gestellt wurde. Teilnehmen können sowohl Einzelpersonen als auch Teams. Den oder die Preisträger ermittelt eine internationale und aus hochrangigen Bionik-Experten zusammengesetzte Jury.
Informationen zu den Bewerbungsvoraussetzungen und den in englischer Sprache einzureichenden Unterlagen können Sie hier herunterladen >>
Bionische IT-Lüfter der Marke Noiseblocker® der Blacknoise Deutschland GmbH gehören anerkanntermaßen zu den besten und technologisch führenden Ventilatoren ihres Marktsegments. Speziell NB-eLoop-Lüfter, die weltweit ersten Hightech-Kompaktlüfter mit bionischem Schlaufenrotor (BionicLoopFan®), zeichnen sich durch eine neuartige bionische Schlaufenform aus und sind herkömmlichen Axiallüftern in nahezu jeder Hinsicht überlegen. Erstmals wurde es möglich, die Geräusche, die im Luftstrom des Lüfters entstehen, deutlich zu reduzieren. Gleichzeitig konnte die effektiv nutzbare Leistung erhöht und der Energieverbrauch reduziert werden.
Bisher bietet Blacknoise bionische Lüfter im Format von 120 Millimetern an. Nach einer Umfrage, in der die Anwender befragt wurden, hatten sich diese Ende 2014 für eine zusätzliche Größe von 140 Millimetern ausgesprochen. Neben einer hohen Qualität für den Aus- oder Umbau ihrer Rechenmaschinen wurden leistungsstarke Modelle zum Einsatz für die Wasserkühlung gewünscht.
Die nun von Blacknoise für August 2015 angekündigten bionischen Lüfter in dem größeren Format wurden speziell für die Kundenwünsche entwickelt. Angepasst wurden unter anderem auch der Motor und die Elektronik. Komplett neu für Größe und Einsatzzweck entwickelt wurden Rotor und Chassis.
Die neuen 140er-Modelle wird es in vier Varianten geben: mit 600 Umdrehungen, mit 900 Umdrehungen und ein Power-Modell mit 1.400 Umdrehungen je Minute. Außerdem einen sogenannten PWM-Lüfter (pulsweitenmodulierten Lüfter), der das Umdrehungsspektrum zwischen 300 Umdrehungen und 1.200 Umdrehungen je Minute abdeckt.
Aufgrund der bionischen Flügeltechnik ist zu beachten, dass die bei der jeweiligen Umdrehungszahl geförderte Luftfördermenge nicht direkt mit den Leistungsdaten von Lüftern klassischer Bauart verglichen werden können. Sowohl die größere geförderte Luftmenge bei gleicher Umdrehungszahl wie auch der gleichmäßigere und gerichtete Luftstrom erzeugen einen deutlich höheren Kühleffekt als klassische Lüfter im vergleichbaren Drehzahlspektrum. So kann beispielsweise der neue Lüfter mit 900 Umdrehungen je Minute in der Luftfördermenge mit den meisten klassischen IT-Lüftern mit 1.200 Umdrehungen je Minute mithalten bzw. übertrifft diese in der Gesamt-Kühlleistung noch häufig.
Hintergrundinformationen zum bionischen Schlaufenrotor finden Sie hier >>
In dem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt fachlich und finanziell geförderten Projekt zur Organisations-Bionik wollen die Forscher des Instituts für Verkehrsplanung und Logistik der Technischen Universität Hamburg sowie des Bionik-Innovations-Centrums der Hochschule Bremen neue Wege gehen und die Bionik auch für organisatorische Fragestellungen einsetzen, um Wertschöpfungsketten nachhaltiger zu gestalten. Bionik bezeichnet klassischerweise das Lernen von der Natur für die Technik.
Ungewollter Ressourcenverbrauch und Emissionen können in Wertschöpfungsketten beispielsweise durch mangelnde Interaktionsfähigkeit verursacht werden. Mit Hilfe der Prinzipien biologischer Vorbilder wie der im Bienenstaat organisierten Honigbiene, die durch komplexe Kommunikationsmechanismen und den bedarfsangepassten Einsatz von Generalisten ihre Honigproduktion optimiert, werden mit der Organisationsbionik systematisch Ideen zur Lösung derartiger Herausforderungen im Unternehmen entwickelt.
Für interessierte Unternehmen besteht durch dieses Projekt die Möglichkeit, als Befragungsteilnehmer passende Problemstellungen und Bedürfnisse zu benennen und so die Suche in der belebten Natur problemorientiert mitzugestalten. Für ausgewählte kleine und mittlere Unternehmen wird im Rahmen dieses Projekts zudem die Möglichkeit bestehen, in einem betriebsspezifischen Bionik-Workshop mit Hilfe natürlicher Vorbilder Ideen für die Lösung der eigenen Herausforderungen zu entwickeln
Haben Sie Interesse am Projekt oder allgemein am Thema, dann starten Sie doch direkt die kurze Online-Befragung >>
Ihr Ansprechpartner: Helge Banthin
Der Effekt ist vom Handy bekannt: In der Sonne spiegelt das Display, man erkennt fast nichts mehr. Geschickter stellt sich der Glasflügel-Schmetterling an: Trotz durchsichtiger Flügel reflektiert er kaum Licht und ist dadurch im Flug für Fressfeinde beinahe unsichtbar. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) um Hendrik Hölscher fanden heraus, dass unregelmäßige Nanostrukturen auf der Oberfläche des Schmetterlingsflügels die geringe Reflexion bewirken. In theoretischen Experimenten konnten sie den Effekt nachvollziehen, der spannende Anwendungsmöglichkeiten, etwa für Handy- oder Laptop-Displays eröffnet.
Durchsichtige Materialien, wie etwa Glas, reflektieren immer einen Teil des einfallenden Lichtes. Einigen Tieren mit durchsichtigen Oberflächen, etwa der Motte bei ihren Augen, gelingt es, die Reflexionen sehr gering zu halten. Häufig aber nur dann, wenn man senkrecht auf diese Oberflächen blickt. Die Flügel des Glasflügler-Schmetterlings, der hauptsächlich in Mittelamerika verbreitet ist, reflektieren aber auch dann nur schwach, wenn man schräg auf die Flügel blickt. Je nach Blickwinkel sind das nur zwischen zwei und fünf Prozent des einfallenden Lichtes. Zum Vergleich: Eine Glasscheibe wirft, je nach Blickrichtung, zwischen acht und 100 Prozent zurück, also ein Vielfaches des Schmetterlingsflügels. Dabei reflektiert der Flügel nicht nur das gesamte für den Menschen sichtbare Spektrum schwach, sondern unterdrückt auch – überlebenswichtig für den Schmetterling – die für Tiere wahrnehmbaren Infrarot- und Ultraviolett-Wellen.
Um diesem bisher unerforschten Phänomen auf den Grund zu gehen, untersuchten die Wissenschaftler den Flügel des Glasflüglers unter dem Rasterelektronenmikroskop. Vorherige Studien zeigten, dass bei anderen Tieren regelmäßige säulenförmige Nanostrukturen für die geringen Reflexionen verantwortlich sind. Auch bei den Schmetterlingsflügeln fanden die Forscher Nanosäulen, allerdings waren diese im Gegensatz zu den bisherigen Funden gänzlich unregelmäßig angeordnet und auch unterschiedlich groß. Die typische Höhe der Säulen variiert zwischen 400 und 600 Nanometern und der Abstand zwischen den Säulen zwischen 100 und 140 Nanometern. Das entspricht etwa einem Tausendstel des menschlichen Haares.
In theoretischen Experimenten haben die Forscher diese Unregelmäßigkeit der Nanosäulen in Größe und Anordnung mathematisch abgebildet und konnten zeigen, dass die berechnete reflektierte Lichtmenge für unterschiedliche Blickwinkel genau der beobachteten Menge entspricht. Damit belegten sie, dass eben diese Unregelmäßigkeit der Nanosäulen die geringe Reflexion bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln bewirkt. Für Hölschers Doktoranden Radwanul Hasan Siddique, der den Effekt entdeckte, ist der Glasflügler ein faszinierendes Tier: „Nicht nur optisch mit seinen durchsichtigen Flügeln, sondern auch wissenschaftlich, da er sich im Gegensatz zu anderen Naturphänomenen, bei denen Regelmäßigkeit oberstes Gebot ist, scheinbares Chaos zunutze macht und damit auch für den Menschen spannende Effekte erzielt.“
Die Ergebnisse eröffnen eine ganze Fülle von Anwendungsmöglichkeiten überall dort, wo schwach reflektierende Oberflächen gebraucht werden, etwa bei Brillengläsern oder Handydisplays. Die Infrastruktur am Institut für Mikrostrukturtechnik ermöglicht neben der theoretischen Erforschung des Phänomens auch die tatsächliche Umsetzung in die Praxis. Erste Anwendungsversuche befinden sich momentan in der Konzeptionsphase, Experimente an Prototypen konnten aber bereits jetzt zeigen, dass diese Art der Oberflächenbeschichtung auch wasserabweisend und selbstreinigend wirkt.
Quelle: Presseinformation 037/2015 des KIT
Die Ergebnisse haben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht: DOI: 10.1038/ncomms7909
BIOKON, das deutschlandweite Bionik-Kompetenznetz, präsentierte auf der Hannover Messe 2015 auf dem Bionik-Gemeinschaftsstand zusammen mit acht Mitausstellern die neuesten Bionik-Entwicklungen. „Deutsche Unternehmen erkennen zunehmend die Chance, durch Bionik – das Übertragen von biologischen Funktionsprinzipien auf technische Herausforderungen – ihre Produkte zu optimieren“, sagte Dr. Rainer Erb, BIOKON-Geschäftsführer. Deswegen fand ein reger Austausch zum Leitthema bionischer Leichtbau und 3D-Druck auf dem BIOKON-Stand statt.
„Airbus als BIOKON-Mitglied und Mitaussteller hat als einer der weltweit führenden Hersteller für Zivilflugzeuge gezeigt, wie die Verknüpfung von additiven Fertigungstechniken mit bionischen Strukturen beispielsweise im Rumpf des Airbus-Concept Plane in der Praxis gelingt, weil Ressourceneffizienz und funktionales Design elementare Entwicklungsinhalte des Unternehmens sind“, so Michael Sillus, Emerging Technologies and Concepts bei Airbus Deutschland. Die Bionik bietet vielfältige Konstruktionsideen bis hin zum Leichtbau für das energieeffiziente Flugzeug der Zukunft. Das 3D-Drucken hat gerade für ein weltweit agierendes Unternehmen wie Airbus zahlreiche Vorteile im Hinblick auf Produktion und Logistik und erlaubt nunmehr auch, die neuartigen komplexen und innovativen Bionik-Strukturen zu fertigen.
Airbus geht in den Austausch mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft von BIOKON, weil ein Netzwerk mit externen Kompetenzträgern der Schlüssel zum Erfolg ist. Zusammen mit der Pumacy Technologies AG wird dafür aktuell ein internes, abteilungsübergreifendes Netzwerk zum Thema Bionik aufgebaut, um die Entwicklung von multi-funktionalen Bauteilen zu forcieren.
Pumacy unterstützt Airbus bereits seit über 15 Jahren in den Bereichen Wissens- und Innovationsmanagement. Mit der Bionik als weitere Kompetenz werden nun beide Disziplinen miteinander verknüpft. Neues Wissen aus der Natur wird mit bestehenden Erfahrungen kombiniert und münden so erfolgreich in neue Ideen und Prototypen. Bionik lässt sich somit im weiteren Sinne als „Wissenstransfer von der Natur auf die Technik“ beschreiben und wird bereits in vielen unterschiedlichen Bereichen bei Airbus angewendet.
Die Zusammenarbeit des Flugzeugherstellers im BIOKON-Netzwerk ist ein gutes Beispiel dafür, wie auch andere Unternehmen von der Kompetenz des Netzwerkes profitieren können. Mit internen Strukturen, welche auch durch Bionik-Experten von Pumacy begleitet werden, können so neue Entwicklungen möglich gemacht werden. Das Lernen von der Natur ist immer ein interdisziplinärer Ansatz, bei dem der richtige Umgang mit Wissen und Kommunikation den entscheidenden Entwicklungsvorsprung liefert.
Was wir Menschen von der Natur lernen können, wenn es um das effiziente Nutzen von Energie geht, wurde im Kundenmagazin des Energieverbundes Mittleres Ruhrgebiet als Schwerpunktthema präsentiert − mit praktischen Beispielen aus der Region, überwiegend von BIOKON-Mitgliedern.
Bionik und Energieeffizienz war auch Thema in dem kurzen Interview „drei Fragen an BIOKON-Geschäftsführer Dr. Rainer Erb“:
Warum sind gerade technische Lösungen aus der Natur so nachhaltig?
Jedes jetzt existierende Lebewesen ist ein Sieger der Evolution. Es ist auf Material- und Energieeffizienz angewiesen, um in seinem Umfeld zu überleben. Wir Bioniker lernen also von den Besten. Nehmen wir den Pinguin. Ein Kilo Krill reicht ihm, um im Polarwasser pro Tag 100 Kilometer zurückzulegen. Mit der Energie aus einem Liter Benzin könnte er 1.500 Kilometer weit schwimmen. Seine strömungsoptimierte Form − wellenförmige Konturen, spindelförmiger Rumpf − erlaubt ihm eine extrem energieeffiziente Art der Fortbewegung. Die Strömungsoptimierung versuchen die Hersteller von Autos, Schiffen und Flugzeugen ähnlich für sich zu nutzen. Anders als beispielsweise Unterwasserfahrzeuge wird ein Auto zwar niemals aussehen wie ein Pinguin, denn mit dieser Form könnte es andere Anforderungen wie Fassungsvermögen und Fahrgastschutz nicht erfüllen, die Erkenntnisse werden aber sehr wohl genutzt, um deren Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit, Stichwort cw-Wert, zu verbessern
Wie hat man sich die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Bionikexperten vorzustellen?
Sehr gut, äußerst bereichernd. Unser Netzwerk BIOKON ist Schnittstelle und Makler zwischen der Wissenschaft und Unternehmen mit ihren technischen Fragestellungen. Wenn man die Richtigen zusammenbringt, dann läuft der Innovationsmotor auf Hochtouren und es entstehen kreative Ideen, die auch ruckzuck angewendet werden. Man muss sich nur auf die jeweils andere Disziplin einlassen. Durch vertrauensvolle Kooperation wollen wir den ungehobenen Schatz von Ideen aus der Natur gemeinsam bergen.
Was erhoffen Sie sich von der Bionik speziell im Bereich Energieeffizienz?
Die ist ein großes Thema in vielen bionischen Entwicklungsbereichen. So verfolgen Auto- und Luftfahrtunternehmen den Leichtbau mit Hochdruck, weil eingesparte Kilos weniger Sprit und Emissionen bedeuten. Bauteile, die sich in Struktur und Materialeinsatz an der Natur orientieren, sind leichter und stabiler. Der 3D-Druck − der schichtweise Aufbau von Produkten − erlaubt uns hier Formen und Präzision, die mit den bisherigen Verfahren nicht möglich waren. Das heißt, dass man etwa durch computerunterstützte Optimierung Überflüssiges weglassen und Material speziell für Lastfälle einsetzen kann. Von der 3D-Technik erwarten wir noch echte Quantensprünge für weitere nachhaltige Anwendungen der Bionik.
Quelle: Stadtwerke Bochum, Meine Stadtwerke, Ausgabe 1/2015 ( >>
