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.
Der unscheinbare, aber wehrhafte Bombardierkäfer inspirierte Forscher der ETH-Zürich dazu, eine Schutzfolie zu entwickeln, die bei Zerstörung heißen Schaum verspritzt. Damit könnten sich Geldautomaten wirksam und kostengünstig schützen lassen.
Der Bombardierkäfer stellt seinen »Sprengstoff« bei Bedarf selbst her. In einer Reaktionskammer am Hinterteil werden zwei getrennt lagernde Chemikalien vermischt und mit Hilfe von Enzymen zur Explosion gebracht.
Davon inspiriert entwickelten die Forscher einen chemischen Abwehrmechanismus, der Vandalismus verhindern soll – eine „selbstverteidigende“ Oberfläche. Professor Wendelin Jan Stark und sein Team vom ETH-Departement Chemie und Angewandte Biowissenschaften haben dazu das Prinzip der getrennt lagernden Chemikalien, die im Bedarfsfall vermischt und zur Explosion gebracht werden, auf eine Kunststoff-Folie mit Wabenmuster übertragen. Die Hohlräume dieser Waben füllen die Forscher mit einer der zwei Chemikalien Wasserstoffperoxid oder Mangandioxid und kleben die Folien aufeinander. Bei einem Stoß oder einer Beschädigung der Folie zerbricht die Trennschicht und Wasserstoffperoxid und Mangandioxid mischen sich. Es kommt zu einer ziemlich heftigen Reaktion, bei der Wasserdampf, Sauerstoff und Wärme produziert werden. Damit könnte man vor Vandalismus abschrecken oder wertvolle Güter schützen
Im Vergleich zum Käfer sei das Resultat der Reaktion in der Folie eher ein Schaum als ein Spray, schreiben die Forscher. Dies zeigen Filmaufnahmen in Zeitlupe. Auf Infrarotbildern ist zu sehen, dass der Schaum 80 Grad heiß wird.
Aus Sicht der Forscher eignet sich ihre Folie besonders gut für den Schutz von Geldautomaten oder auch Geldtransporten. In den Geldautomaten lagern die Banknoten in Kassetten, die regelmäßig ausgetauscht werden. Und Geldautomaten sind offenbar für Menschen mit krimineller Energie und akutem Geldbedarf extrem interessant. Im ersten Halbjahr 2013 wurden in Europa über 1.000 Angriffe auf Geldautomaten gemeldet, wobei ein Verlust von zehn Millionen Euro entstand.
Es lohnt sich also, diese begehrten Objekte zu schützen. Es gibt bereits Schutzvorrichtungen, mit denen Geldräuber und Geldscheine mit Farbe besprüht werden können. Doch das sind mechanische Systeme. „Ein Motörchen wird in Gang gesetzt, wenn es von einem Sensor einen Impuls erhält. Das braucht Strom, ist störanfällig und teuer“, sagt Stark. Ziel seiner Forschungsgruppe sei dagegen, komplizierte Regeltechnik durch smarte Materialien zu ersetzen.
Die Forscher präparierten für den Schutz von Geldkassetten die Folie aus Wasserstoffperoxid und Mangandioxid zusätzlich mit einem Farbstoff und in Nanopartikel gehüllte DNA. Wird jetzt die Folie zerstört, so tritt mit dem heißen Schaum auch der Farbstoff aus und entwertet das Geld. Durch die ebenfalls freigesetzten DNA-Nanopartikel sind die Geldscheine zudem biologisch markiert, so dass sich ihr Weg zurückverfolgen lässt.
Die Kosten für dieses an Fünf-Euro-Banknoten erfolgreich ausprobierte Sicherheitskonzept halten sich in Grenzen. Professor Stark rechnet mit einem Preis von gut 40 Dollar, also 28,85 Euro pro Quadratmeter Folie.
Besuchen Sie BIOKON auf der Hannover Messe. Vom 7. bis zum 11. April 2014 werden auf dem Bionik-Stand bei der weltweit wichtigsten Industriemesse zukunftsfähige bionische Innovationen präsentiert. Sie finden den Stand mit der Nummer A 01 in der Innovationshalle 2 „Research and Technology“.
BIOKON-Experten präsentieren Struktur- und Topologieoptimierungen für ressourceneffiziente Leichtbaulösungen in der Automobilindustrie und im Maschinenbau, bionische Oberflächenbeschichtungen für die Reibungsminimierung und damit verbundene Treibstoffeinsparungen bei Schiffen, drahtlose Hightech-Unterwasserkommunikation, bionische Windrad-und Propellerkonzepte und vieles andere mehr.
Als Mitaussteller auf dem Bionik-Gemeinschaftsstand sind folgende BIOKON-Mitglieder mit Exponaten vertreten:
Wir freuen uns auf Ihren Besuch – Ihre kostenlose Eintrittskarte senden wir Ihnen auf Anfrage per E-Mail gern zu.
Das Zusammenspiel von Bionik-Kommunikationsplattform, Bionik-Forschungsgemeinschaft und Bionik-Unternehmensforum innerhalb des Bionik-Kompetenznetzes BIOKON wird in einer aktuellen Multi-Media-Broschüre vorgestellt. Hier finden Sie die Leistungen des Netzwerks und eine Auswahl von Best Practices der Bionik.
Zusätzlich zur Print-Version kann die Broschüre auf allen Computern, Smartphones und Tablets angesehen werden. Um die Broschüre bequem online zu lesen, klicken Sie bitte hier >>
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
