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 // 27. März 2014

Robuste Klettverschlüsse aus Stahl

Klettverschlüsse haben sich auf breiter Front in Industrie und Haushalt durchgesetzt. Doch sie haben einen Haken: Für manche Anwendungen sind sie zu schwach. Am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München wurden Klettverschlüsse aus Federstahl entwickelt. Sie sind gegen Chemikalien beständig und halten auch bei 800°C noch einem Zug von bis zu 35 Tonnen pro Quadratmeter stand.

Als der Schweizer Erfinder George de Mestral nach einem Jagdausflug vor über 60 Jahren mal wieder mühsam die vielen Kletten aus dem Fell seines Hundes zupfen musste, kam ihm eine geniale Idee: Nach dem Vorbild der Natur konstruierte er einen Verschluss aus vielen kleinen Schlingen und Haken, den Klettverschluss. Das Haken-Ösen-Prinzip kommt vielseitig zum Einsatz: Als Alternative zu Schnürsenkeln, zum Befestigen medizinischer Bandagen und Prothesen oder als Kabelschutzmanschetten in der Elektronik von Automobilen und Flugzeugen.

Leider sind gängige Klettverbindungen aus Kunststoff nicht besonders beständig gegenüber Hitze und aggressiven Chemikalien. Dabei kann es beispielsweise im Automobilbereich sehr heiß werden. Schon ein in der prallen Sonne abgestelltes Fahrzeug erreicht Temperaturen von 80°C. In der Nähe des Abgaskrümmers entstehen Temperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius. Und in Krankenhäusern werden zur Reinigung aggressive Desinfektionsmittel eingesetzt und beim Fassadenbau sind herkömmliche Klettbänder zu schwach.

Wissenschaftler der TU München haben in Kooperation mit Partnern aus der Industrie eine Lösung für derartige Anwendungsgebiete entwickelt: „Metaklett“, eine stählerne Klettverbindung. Temperaturen über 800°C oder aggressive Lösungsmittel sind kein Problem für den metallischen Klettverschluss – und das bei einer Haltekraft von bis zu 35 Tonnen pro Quadratmeter bei Zug parallel zur Klettfläche. Senkrecht zur Klettfläche hält sie immer noch einer Zugkraft von sieben Tonnen pro Quadratmeter stand. Dennoch kann sie jedermann rasch und ohne jegliches Werkzeug lösen und wiederverschließen, wie einen Klettverschluss am Kinderschuh.

Weitere Informationen sind in folgendem YouTube-Video dokumentiert.

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Presse // 17. März 2014

Bionische Hörsaal-Decke: Vom Knochen zur Stahlbetondecke

Als der Architekt Hans-Dieter Hecker in den 1960er Jahren den Rundbau des ehemaligen Zoologie-Hörsaals der Universität Freiburg plante, orientierte er sich an Prinzipien aus der Natur: Bei den Knochen von Lebewesen schaute er sich ab, wie ein Bauwerk zugleich stabil und leicht sein kann.

Die Freiburger Forscher und BIOKON-Mitglieder Prof. Dr. Thomas Speck, Dr. Olga Speck und Florian Antony von der Plant Biomechanics Group der Universität Freiburg haben gemeinsam mit Prof. Dr. Rainer Grießhammer vom Freiburger Öko-Institut eine vergleichende Nachhaltigkeitsbewertung der Decke des Rundbaus im Vergleich mit heute verwendeten Leichtbaukonstruktionen für Gebäudedecken vorgenommen.
Ihr Ergebnis: Die Deckenkonstruktion des Hörsaals kann mit dem aktuellen Stand der Technik mithalten. In der Fachzeitschrift „Bioinspiration & Biomimetics“ hat das Team seine Resultate veröffentlicht.
Ein Knochen besteht im Inneren aus einem Netz von Knochenbälkchen, die sich nur an belasteten Stellen bilden. Die Stahlbetondecke des Hörsaal-Gebäudes besteht aus vielen Rippen, die ebenso wie die Knochenbälkchen nur entlang der Linien verlaufen, auf die Druck- und Zugkräfte wirken. Somit handelt es sich um ein bionisches Bauwerk, denn der Architekt übertrug Erkenntnisse aus der biologischen Forschung in eine technische Anwendung.

Die Freiburger Forschenden prüften in ihrer Arbeit, ob die „Knochendecke“ als bionisches Produkt zu einer nachhaltigeren Technikentwicklung beitragen kann. Sie verglichen in ihrer Analyse die Decke des Rundbaus mit einer Hohlkörperdecke und einer Spannbetondecke, zwei heute gängigen Lösungen für Leichtbaukonstruktionen.

Das Team erstellte zu jeder Deckenkonstruktion eine Ökobilanz, diskutierte soziale Aspekte und bewertete, wie ökonomisch die Objekte sind. Das Ergebnis ihrer Nachhaltigkeitsbewertung ist, dass die bionische Rippendecke vergleichbar gute Ergebnisse zeigt. Für die Forschenden ist dies aufgrund des Altersunterschieds der Gebäudedecken ein überraschendes Ergebnis.
Einzig im finanziellen Aufwand zeigt sich ein wesentlicher Unterschied: Die hohen Personalkosten für die aufwändige Rippendecke führen dazu, dass die bionische Lösung mehr als doppelt so teuer wie die Hohlkörperdecke und die Spannbetondecke ist. Das Forschungsteam betont jedoch die besondere architektonische Ästhetik des Hörsaals. Darüber hinaus habe die nach biologischem Vorbild gestaltete Decke einen besonderen Symbolcharakter, da in dem Hörsaal früher Biologinnen und Biologen ausgebildet wurden.

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Presse // 26. Februar 2014

Neuer Master-Studiengang Bionik – Konstruktion, Werkstoffe, Design

Die htw saar und die FH-Kaiserslautern bieten ab dem Sommersemester 2014 den Master-Studiengang Bionik, mit dem Untertitel Konstruktion, Werkstoffe, Design an.

Der Studiengang ist konzipiert als Aufbaustudiengang für ein ingenieurwissenschaftliches Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Mechatronik, Werkstoffwissenschaften oder vergleichbarer Studienrichtungen. Ziel ist es, den Ingenieuren in einem Aufbaustudium die Kenntnisse zu vermitteln, die ein erfolgreiches Arbeiten mit der Bionik gewährleisten. Konzipiert ist das Studium als 6-semestriger berufsbegleitender Teilzeitstudiengang (90 ECTS). Um die berufsbegleitende Teilnahme zu erleichtern, werden die Vorlesungsmodule als Blockstudium und internetunterstützt angeboten. Einzelne Module des Studiengangs können von Interessierten auch ohne Beteiligung am Masterprogramm belegt werden. Die Teilnehmer erhalten ein Zertifikat der Hochschule.

Der gebührenpflichtige Masterstudiengang setzt ein erfolgreich abgeschlossenes Bachelor- oder Diplomstudium mit mindestens 210 ECTS voraus. Bachelorabsolventen mit einem Studienumfang von weniger als 210 ECTS können die fehlenden Credits in zwei Harmonisierungs-Semestern nachholen.

Ab sofort können sich Studieninteressierte zur Teilnahme anmelden. Das Bewerbungsende für das Sommersemester 2014 ist der 30.03.2014. Die Veranstaltungen werden am htw-Campus in Alt-Saarbrücken und auf dem Campus der FH-Kaiserslautern, am Standort Zweibrücken stattfinden. Nähere Informationen zu den Studiengebühren, Zulassungsvoraussetzungen und Anmeldemodalitäten, der zeitlichen Organisation des Studiums und den einzelnen Modulen sind auf folgender Internetseite zu finden.

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Aktuelles // 12. Februar 2014

BIOKON bei der Preview zur Hannover Messe 2014

BIOKON wird auch auf der kommenden Hannover Messe vom 7. bis zum 11. April 2014 wieder mit einem Bionik-Stand vertreten sein und bei der weltweit wichtigsten Industriemesse bionische Innovationen präsentieren.

Bei der Preview zur Messe im Radialsystem V in Berlin wurden rund 120 Medienvertretern – etwa die Hälfte davon aus dem Ausland – bereits einige der Ausstellungsinhalte vorgestellt. Bionische Optimierungsmethoden für den automobilen Leichtbau wurden dabei in den Mittelpunkt gerückt. In der Messe-Vorberichterstattung einzelner Fachmagazine wird darüber berichtet werden.

Bionische Oberflächenbeschichtungen für die Reibungsminimierung und damit verbundene Treibstoffeinsparungen bei Schiffen, Struktur- und Topologieoptimierungen für ressourceneffiziente Leichtbaulösungen in der Automobilindustrie und im Maschinenbau und vieles andere mehr wird dann während der Messe in der der Innovationshalle 2 „Research and Technology“, Stand A01, zu sehen sein.

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Aktuelles // 25. Januar 2014

Bewerbungsfrist für Bionic-Award bis 30.04.2014 verlängert

Am 24. Oktober 2014 wird im Rahmen des Bionik-Kongresses „Patente aus der Natur“ in Bremen zum vierten Mal der internationale Bionic-Award verliehen. Der mit 10.000 Euro dotierte Preis richtet sich an Nachwuchswissenschaftler aus der ganzen Welt.

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 >>

Der Einsendeschluss für Bewerbungen wurde bis zum 30.04.201 verlängert.

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Aktuelles // 19. Dezember 2013

Neuer BIOKON-Vorstand

Im Rahmen der Mitgliederversammlung im Poppelsdorfer Schloss in Bonn haben die BIOKON-Mitglieder ihren neuen Vorstand gewählt. Die Amtszeit beträgt drei Jahre. BIOKON-Geschäftsführer Dr. Rainer Erb freut sich, dass im fünfköpfigen Vorstandsteam des interdisziplinären Kompetenznetzes auch weiterhin Biologen und Ingenieure, Wissenschaftler und Unternehmensvertreter vertreten sind.

Neue Vorstandsvorsitzende ist Frau Professorin Antonia Kesel von der Hochschule Bremen. Sie war auch bereits Mitglied im „alten“ Vorstand des Bionik-Kompetenznetzes. In Bremen leitet sie den internationalen Studiengang Bionik und ist Vorsitzende der VDI-Fachgesellschaft Technologies of Life Sciences und des VDI-Fachbeirates Bionik.

Stellvertretender Vorstandsvorsitzender ist Wolfgang Sachs, geschäftsführender Gesellschafter der sachs engineering GmbH. In den beiden Arbeitsbereichen Gestalt- und Topologieoptimierung der sachs engineering als Kompetenzzentrum für Ingenieurdienstleistungen werden die bionischen Methoden „Computer Aided Optimization“ und „Soft Kill Option“ nach Prof. Claus Mattheck angewendet.

Professor Dr. Stanislav Gorb leitet den Bereich Funktionelle Morphologie und Biomechanik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Er war auch bereits Mitglied im alten Vorstand und beschäftigt sich unter anderem mit funktionellen Oberflächen von Pflanzen und Tieren. Ziele sind zum Beispiel spezielle Haptikeigenschaften und bionische Haftsysteme.

Doktor Michael Herdy ist Wissenschaftler und Berater bei der inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie. Diese GmbH ist ein Joint Venture von Volkswagen, Daimler, ThyssenKrupp, Siemens und Sabic sowie dem Land Berlin. Dr. Herdy ist Spezialist für bionische Optimierungsmethoden, insbesondere die Evolutionsstrategie nach Prof. Rechenberg.

Professor Dr. Thomas Speck, Vorstandsvorsitzender des letzten Vorstandes, ist Professor für Botanik: funktionelle Morphologie und Bionik. Er ist auch Direktor des Botanischen Gartens der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und Leiter der Plant Biomechanics Group. Hier stehen unter anderem bio-inspirierte Materialien und Strukturen bis hin zur bionischen Selbstheilung im Mittelpunkt.

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Aktuelles // 17. Dezember 2013

Gips-Schüle-Forschungspreis für BIOKON-Mitglieder

Nach dem Vorbild der Paradiesvogelblume
Ein neuartiger Klappmechanismus ohne Gelenke und Scharniere: Für die bionische Fassadenverschattung Flectofin® und die darauf basierenden Weiterentwicklungen erhalten die BIOKON-Mitglieder Prof. Dr. Thomas Speck, Direktor des Botanischen Gartens der Albert-Ludwigs-Universität, Prof. Dr. Jan Knippers vom Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen der Universität Stuttgart, Dr. Markus Milwich vom Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf sowie ihre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter den erstmals vergebenen Gips-Schüle-Forschungspreis. Die Gips-Schüle-Stiftung dotiert den Preis mit 40.000 Euro und wird ihn künftig alle zwei Jahre verleihen.
Flectofin® ist eine von der Natur inspirierte, wandelbare Konstruktion für die Architektur: Sie funktioniert wie eine vertikale Jalousie. Bei dem stufenlos einstellbaren Klappmechanismus lässt sich die Ausrichtung der Lamellen nach Bedarf verändern. Auf verschleißanfällige und wartungsintensive Gelenke und Scharniere haben die Forscherinnen und Forscher jedoch verzichtet. Stattdessen basiert die elastische Verformung auf dem Klappmechanismus in der Blüte der Strelitzie. Die Blume wird in ihrer Heimat Südafrika von Vögeln bestäubt, die sich auf einer von der Pflanze gebildeten „Sitzstange“ aus verwachsenen Blütenblättern niederlassen. Durch das Gewicht des Vogels klappen die Blütenblätter auf und die Pflanze gibt Pollen ab, die der Vogel auf die nächste Blüte überträgt.

Grundlage für den Flectofin®-Klappmechanismus ist ein glasfaserverstärkter Kunststoff, der hochelastische Eigenschaften hat und gut verformbar ist. Das Auf- und Zuklappen der Lamellen ist an das Biegen eines in die Lamelle integrierten Stabes gekoppelt, wodurch sie um bis zu 90 Grad umklappt. Das Grundprinzip lässt sich zu verschiedenen Versionen weiterentwickeln. Da der Klappmechanismus ohne technische Gelenke oder Scharniere funktioniert und sich die Flectofin®-Systeme auch auf aufwändig zu schattierende, gekrümmte Fassaden anbringen lassen, erhoffen sich die Forscher einen wichtigen Impuls für das moderne Bauwesen. Die Flectofin®-Verschattung kann von Einfamilienhäusern bis hin zu großen, 20 bis 30 Meter hohen Fassaden verwendet werden. Das Forschungsteam hat für die Technologie bereits den „Techtextil Innovationprize 2011 – Architecture“ von Europas größter und wichtigster Industriemesse für Technische Textilien sowie 2012 den „International Bionic-Award“ der Schauenburg-Stiftung erhalten.

Die Gips-Schüle-Stiftung wurde 1965 mit dem Vermögen der Familie Schüle errichtet, die 1870 die erste Gipsfabrik in Stuttgart gegründet hatte. Ihr Zweck ist die Förderung von angewandter, fächerübergreifender Forschung und Lehre sowie des wissenschaftlichen Nachwuchses. Mit dem Preis prämiert sie fächerübergreifende Forschungsprojekte mit hohem Innovationspotenzial und nachhaltigem Nutzen für die Gesellschaft.

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Presse // 26. Mai 2013

Ölbienen, Wüstenflughühner und Filter

Ölbienen und Wüstenflughühner sollen als Vorbild für revolutionäre, umweltschonende Filtersysteme dienen. In einem entsprechenden Bionik-Projekt suchen Wissenschaftler des Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) Denkendorf zusammen mit Experten der Universität Bonn und der Henkel AG nach neuen Wegen bei der Abwasseraufbereitung.

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 Fall ist die Fähigkeit einiger Bienenarten zum Umgang mit Ölen ins Visier der Wissenschaftler geraten. Die Insekten sammeln Öle aus Blüten und transportieren sie tropffrei in spezialisierten Strukturen zu ihren Nestern. Im Nest wird das Öl nahezu rückstandslos ausgekämmt. Bei technischen Oberflächen sind bisher keine ähnlich effizienten Strukturen entwickelt worden. Weitere biologische Vorbilder sind Wüstenflughühner, die große Mengen Wasser in ihrem Brustgefieder tragen können.  

Ziel des Projekts ist es nun, von diesen biologischen Vorbildern ausgehend, neue faserbasierte Filtersysteme zu entwickeln. Diese neuen Methoden und Materialien sollen eine hinreichende Trennung von Öl aus wässrigen Medien gewährleisten bei gleichzeitiger Umweltschonung durch eine effektive Abwasseraufbereitung.

Dem Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn kommt dabei die Aufgabe zu, die Transportstrukturen bei den Naturvorbildern aufzuklären und so die Basis zur technischen Übertragung zu legen. Das Institut für Numerische Simulation (INS) unterstützt das Verbundvorhaben mit einer Simulation der Haare und Fasern bei Kontakt mit Ölen auf Mikroebene.

Als Industriepartner definiert die Henkel AG die wichtigen Emulsions- beziehungsweise Reinigersysteme sowie die erforderlichen Trenn- und Aufbereitungsprozesse. Auf den Strukturvorschlägen aufbauend werden am ITV Denkendorf dann innovative technische Filtermaterialien und Filtersysteme entwickelt und erprobt.  

"Das neu zu entwickelnde bionische Badreinigungsverfahren mit faserbasierten Filtermaterialien soll sich gegenüber den Membranverfahren und Zentrifugalkraftabscheidern in einer höheren Robustheit der Anlage und in einer einfacheren und zuverlässigeren Verfahrenstechnik auszeichnen", sagt Projektchef Dr. Thomas Stegmaier vom ITV Denkendorf: "Da die neuen textilen Werkstoffe zur Ölaufnahme, zum Öltransport und zur Speicherung wieder verwendbar sein sollen, fallen keine Einwegprodukte an, die kosten- und energieaufwändig sind und zudem umweltbelastend entsorgt werden müssen. Ausstattungen von Waschanlagen mit derartigen Öltrennverfahren reduzieren die Belastung von Grundwasser und Oberflächengewässern als auch den Verbrauch von Reinigungschemikalien."

Quasi nebenbei helfen die Ölbienen und Wüstenflughühner damit auch beim Geld sparen.

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Presse // 6. Mai 2013

Die blaue Schildkröte

„Blaue Schildkröte“ wird die Sporthalle in Odessa am Schwarzen Meer liebevoll genannt. Sie ist ein Vorzeigeprodukt der in Berlin – Pankow beheimateten Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH, die nach dem Vorbild der Natur – ob nun Schildkrötenpanzer oder Schlangenhaut – Werkstoffe mit innovativen Wölbstrukturen entwickelt und produziert. Die Materialien mit wabenähnlichen Mustern sind nicht nur vergleichsweise steifer, sondern auch thermostabiler, widerstandsfähiger, strömungsgünstiger und blendärmer.

Die Boehme Haustechnik GmbH nahm das Rollformen und die Montage für das Odessa Projekt vor. In Odessa zum Beispiel bringt das wölbstrukturierte Aluminiumblech etwa 30 Prozent Gewichtseinsparung gegenüber der konventionell glatten Konstruktion. Die früher gefürchteten Hagelschäden sind infolge der hohen Steifigkeit und der diffusen Lichtbrechung kaum sichtbar. „Was die Evolution geleistet hat, ist einfach fantastisch. Da können wir noch viel lernen“, sagt Firmenchef Professor Frank Mirtsch.

Er ist überzeugt, dass bionischen Produkten die Zukunft gehört. Bionik vereint Biologie und Technik. Im Mittelpunkt steht das Lernen von der Natur, deren Funktion-prinzipien in Milliarden Jahren evolutionärer Entwicklung optimiert wurden und Ideengeber für nachhaltige und innovative Anwendungen sind. Die Dr. Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH bildet in Metallblechen und Folien mit ihrer patentierten Wölbstrukturierungstechnik eine der Natur, gemäß dem Energieminimierungsprinzip, nach-empfundene Struktur. Durch die Wölbstrukturen mit dem Namen PowerStruct® können Bauteile wesentlich leichter ausgeführt werden.

Dadurch sinken gleichzeitig die Materialkosten. Deshalb ist die Firma auch mit dem Deutschen Materialeffizienzpreis des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie ausgezeichnet worden. Weitere Vorteile: Vorveredelte Oberflächen bleiben während des Wölb-Umformprozesses quasi unverändert. Außerdem wird störendes Dröhnen von schwingenden Bauteilen stark reduziert.

All diese Vorzüge kommen zum Beispiel in der patentierten Schontrommel mit Wabenstruktur in der Waschmaschine der Firma Miele zum Tragen. Sie ermöglicht ein schnelles und zugleich besonders schonendes Waschen. Miele jubelt über die „sanfte Revolution“ in der „weltweit ersten bionischen Waschmaschinentrommel“, die einen wäscheschonenden „Quantensprung“ bringe. Auch im Mercedes SLK – wo eine wölbstrukturierte Rückwandplatine Material spart, geräuschmindernd wirkt und einen geringen Bauraum beansprucht sowie in der blendarmen Leuchte Hexal der Firma Osram (früher Siteco) kommen die bionischen Werkstoffe erfolgreich zum Einsatz.   

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Presse // 6. Mai 2013

Eine Pflanze hilft beim Ölsparen

Die schneebesenartigen Haarstrukturen einer Wasserpflanze könnten den weltweiten Rohölverbrauch künftig um bis zu ein Prozent senken. Das zumindest ist das Ziel eines Bionik-Projektes des Nees-Institutes für Biodiversität der Pflanzen an der Universität Bonn in Zusammenarbeit mit der Universität Rostock, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und hochkarätigen Partnern aus der Wirtschaft.

Dabei soll der sogenannte Salvinia-Effekt®, die Fähigkeit eines Schwimmfarnes, dauerhaft eine Luftschicht unter Wasser zu halten, als Vorbild für die Entwicklung eines speziellen Schiffsanstrichs dienen.  Der Großteil der Güter wird heutzutage mit Schiffen rund um den Globus transportiert.

In der Schifffahrt gehen bis zu 70 Prozent der Antriebsenergie durch die Reibung des Wassers am Schiffsrumpf verloren. Dieser Energieverlust lässt sich um etwa zehn Prozent reduzieren, wenn Rumpf und Wasser durch eine Luftschicht voneinander getrennt sind. Um diesen Effekt nutzbar zu machen, muss die Luftschicht dauerhaft auf der Rumpfoberfläche erhalten bleiben.  

Helfen sollen nun Mutter Natur und die 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.  

Bei diesem Vorhaben wollen die Projektpartner die Fähigkeit zahlreicher Pflanzen und Tiere nutzen, die beim Untertauchen von einer Luftschicht überzogen, die dafür sorgt, dass diese beim Auftauchen absolut trocken sind. Verantwortlich für die Lufthaltung sind meist feine Haarstrukturen, die je nach Pflanzen- oder Tierart sehr unterschiedlich beschaffen sind.  

Im Projekt sollen die komplexen Strukturen der Luft haltenden Oberflächen untersucht und die zugrunde liegenden Funktionsprinzipien aufgeklärt werden. Neben der morphologischen und biomechanischen Charakterisierung spielt die strömungsmechanische Untersuchung mittels hochauflösender Micro Particle Image Velocimetry eine zentrale Rolle.

Aus den gewonnenen Erkenntnissen soll nach Projektende in enger Zusammenarbeit mit den Industriepartnern, wie den Blohm- und Voss-Nordseewerken, der Prototyp einer unter Wasser Luft haltenden Schiffsbeschichtung nach dem Vorbild der Natur entwickelt werden. Der bisherige Ansatz anderer Wissenschaftler und der Industrie zur Nutzung der reibungsreduzierenden Eigenschaften einer Luftschicht basiert darauf, feine Luftbläschen mittels Kompressoren aktiv unter den Schiffsrumpf zu blasen. Das kostet zusätzliche Energie.  

Bei den in diesem Vorhaben untersuchten biologischen Vorbildern wird eine Luftschicht aufgrund der Geometrie und Oberflächenchemie der Strukturen rein passiv über Zeiträume von bis zu mehreren Monaten gehalten. „Gelingt der Transport dieses Natur-Phänomens in die Technik, könnten Reedereien wegen der Treibstoffersparnis signifikant Kosten reduzieren. Zugleich profitiert wegen des sinkenden Verbrauchs und Schadstoffaustoßes die Umwelt“, sagt Professor Dr. Wilhelm Barthlott vom Nees-Institut dazu.

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Presse // 6. Mai 2013

Feuermelder nach Prachtkäfer-Art

Feuermelder nach Prachtkäfer-Art sollen künftig Großbrände vermeiden. Bestimmte Insekten fliegen gezielt Waldbrände an, da sie auf die Nutzung von den durch das Feuer geschaffenen Nahrungsressourcen spezialisiert sind. Einige dieser ca. 40 Insektenarten „spüren“ dabei das Feuer durch spezielle Infrarotrezeptoren.

Diese dienen in einem vom Institut für Zoologie der Universität Bonn geführten Bionik-Projekt als natürliches Vorbild für neuartige technische Sensoren. Bionik vereint Biologie und Technik. Im Mittelpunkt steht das Lernen von der Natur, deren Funktionsprinzipien in vielen Millionen Jahren evolutionärer Entwicklung optimiert wurden und Ideengeber für nachhaltige und innovative Anwendungen sind.   

„Waldbrände verursachen allein in der Europäischen Union jährlich Schäden in Höhe von 2,5 Milliarden Euro. Eine effektive Früherkennung kann helfen, die Entstehung von verheerenden Großbränden zu verhindern. Neuartige, bionische Infrarotsensoren, die im Rahmen des Projektes auch nach dem Vorbild des Schwarzen Kiefernprachtkäfers entwickelt werden, sollen künftig dabei helfen“, erklärt Projektchef Professor Helmut Schmitz von der Uni Bonn.  

Als unmittelbare Vorlage zu ihrem Bau dienen die sogenannten photomechanischen Infrarotrezeptoren von Prachtkäfern der Gattung Melanophila. Durch Modellierung eines großen Öltankfeuers, welches in Kalifornien unglaublich große Mengen von Melanophila-Käfern anlockte, kann es als wahrscheinlich angesehen werden, dass die Käfer ein Großfeuer mit Hilfe ihrer IR-Sensoren aus über 100 km Entfernung orten können.

Die thermomechanischen Eigenschaften der Infrarotstrahlung absorbierenden Strukturen werden zudem mit modernen materialwissenschaftlichen Methoden untersucht, um die Wirkmechanismen auch im Mikro- und Nanobereich zu verstehen. Mit den an den biologischen Infrarotrezeptoren gewonnenen Ergebnissen werden bereits seit einigen Jahren verschiedene Demonstratoren und Prototypen technischer photomechanischer Infrarotsensoren hergestellt.  

Hervorstechende Vorteile derartiger Sensoren sind eine relativ einfache Bauweise, die starke Miniaturisierung des einzelnen Sensorelements und eine geringere Störanfälligkeit. Die neuartigen Infrarotsensoren versprechen die Herstellung robuster Feuermelder und die Produktion von Feuer- sowie Hitzedetektoren zur Verwendung in Gebäuden und Fahrzeugen. Einfach zu betreibende und zu bedienende wärmebildgebende Sensoren könnten zudem als Nachtsichtassistenten in Automobilen, Infrarotsichtgeräten für Feuerwehreinsätze sowie der Grenzüberwachung und Minen-suche eingesetzt werden.

Weitere Anwendungsfelder sind Diagnoseverfahren in der Medizin, Temperaturüberwachung in der Industrieproduktion oder die Qualitätssicherung im Baugewerbe. Beispielsweise ermöglichen einfach zu handhabende Infrarotsichtgeräte, dass Hausbesitzer selbst Wärmeleckagen ihrer Häuser ermitteln und Verbesserungen an der Dämmung durchführen können. Dies hilft bei der Energieeinsparung im privaten Bereich – dem Prachtkäfer sei Dank.

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