BIOKON – Network of the Future

Veranstaltungen: Bionik kompakt

Staunen ist die Sehnsucht nach Wissen
Thomas von Aquin, Philosoph und Theologe

Die Wissenschaft kennt heute zirka 1,7 Millionen Arten von Lebewesen. Sie und ihre Entwicklung in der belebten Natur schaffen einen unerschöpflichen Fundus an Ideen und Vorbildern für technische Entwicklungen. In Ausstellungen, Botanischen Gärten, Zoos und Museen, ist innovative Forschung verortet. Hier wird Bionik greifbar und eindrucksvoll erlebbar.

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Forschung // 30. January 2024

Schweißverzug mit Evolutionsstrategien minimieren

Ob Brennstoffzelle aus dünnstem Blech oder Containerschiff – beim Schweißen tritt durch den Wärmeeintrag ein Verzug im Bauteil auf, wodurch dessen Maßhaltigkeit negativ beeinflusst wird. Sind es viele Schweißnähte an einem Bauteil, werden Schweißnahtfolge-Pläne benötigt, die eine Auskunft darüber geben, bei welcher Reihenfolge der Schweißungen der geringste Verzug entsteht. Mithilfe von Evolutionsstrategien gelingt es, schnell zur optimalen Schweißnahtfolge zu kommen.

Der durch das Schweißen verursachte Bauteilverzug erfordert zeit- und kostenintensive Nacharbeit – je nach Bauteilgröße, Blechstärke und Zahl der Schweißnähte bis zu mehreren Stunden. Bei komplexem Schweißstrukturen mit einer Vielzahl von Nähten ist die optimale Schweißnaht-Reihenfolge nicht intuitiv ersichtlich. Die Ermittlung der optimalen Reihenfolge durch reale Schweißversuche ist sehr zeitaufwendig und teuer. Hier können durch den effizienten Einsatz einer numerischen Simulation Zeit, Material und Kosten gespart werden. Aber auch hierbei ist der (Zeit-) Aufwand möglichst klein zu halten. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde nun beim Technologie-Institut für Metall & Engineering GmbH (TIME) untersucht, inwieweit Evolutionsstrategien eine effiziente Lösung für das Auffinden der besten Schweißnahtreihenfolge sein können.

Zur Entwicklung der Methodik und der Überprüfung der Anwendbarkeit von Evolutionsstrategien auf Schweißverzug haben die Experten von TIME ein generisches Bauteil entwickelt. Dazu wurde ein Demonstratorbauteil, bestehend aus einer Grundplatte mit drei Stegen, ersonnen, an welchen 6 Schweißnähte auszuführen sind. Erlaubt man eine beliebige Abfolge der 6 Schweißnähte und den zusätzlichen Freiheitsgrad der Schweißrichtung, so ergeben sich 46.080 mögliche Schweißabfolgen – unmöglich die beste Schweißnahtreihenfolge experimentell zu optimieren.

Bei TIME wurde daher in einem ersten Schritt eine Schweißstruktursimulation zum Demonstratorbauteil erstellt. Um das Modell zu validieren, wurden reale Schweißversuche nach einem festgelegten Folgeplan durchgeführt. Bei den Versuchen wurde die Bauteilverformung an 4 Punkten gemessen und mit den Simulationsergebnissen verglichen.

Im Anschluss wurde mittels einer geeingeten Evolutionsstrategie durch Mutation und Translokation der simulierten Schweißungen eine Anzahl von „Nachkommen“ und verschiedene „Generationen“ erzeugt.
Ergebnis: Bereits nach 5 Generationen wurde ein Optimum erreicht, für das sich in späteren Generationen nur noch geringe Verbesserungen ergaben. Die Verringerung des Verzuges betrug dabei bis zu 18,5%. Im Vergleich zur Optimierung durch Schweißversuche ist die Zeit- und Kosteneinsparung durch die Optimierung basierend auf Evolutionsstrategien immens.

Den vollständigen Beitrag finden Sie hier >>

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Presse // 1. December 2023

Vorsprung durch Biologisierung der Technik

Zukunft braucht technische Innovationen. Die Natur liefert dazu einen nahezu grenzenlosen Pool an Vorbildern. Wie die Biologisierung der Technik funktioniert und wie bioinspirierte Lösungsansätze den Forschungs- und Industriestandort Deutschland voranbringen, untersucht das wissenschaftliche Verbundprojekt „BioTrans“. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert; es startet am 01.12.2023.

Im besonderen Fokus stehen der Wissens- und Technologietransfer im Rahmen der BMBF-Förderrichtlinie „Biologisierung der Technik: Bioinspirierte Material- und Werkstoffforschung“. BioTrans-Projektpartner sind die Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e.V. (BIOKON), die Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM) und die Deutsche Gesellschaft für Galvano- und Oberflächentechnik e.V. (DGO), die ihre Sachkompetenz in den mit der Fördermaßnahme adressierten Themenfeldern bündeln und ihre industriellen und akademischen Netzwerke zusammenbringen. Das Ziel ihrer Begleitforschung sind das Herausarbeiten und Multiplizieren von Innovations- und Nachhaltigkeitspotentialen einer biologisierten Technik. BioTrans vernetzt dazu die einzelnen Förderprojekte, unterstützt die Innovationsprozesse und trägt dazu bei, die Forschungsergebnisse in eine nachhaltige Wertschöpfung zu überführen.

Zukunftsfähige Anwendungen liegen unter anderem im Maschinen- und Anlagenbau, in der Medizin- und Verfahrenstechnik oder der Bauwirtschaft. Dem Vorbild der Natur folgend, lassen sich aus dem transformativen Ansatz einer biologisierten Technik beispielsweise selbst reparierende, hierarchisch strukturierte oder anpassungsfähige, funktionale Materialien entwickeln. Dem Innovationsraum sind hier keine Grenzen gesetzt.

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Uncategorized // 9. November 2023

Materialica Award für bionischen Mikrofaserfilter

Gewinner des 21. MATERIALICA Design + Technology Award 2023 in der Kategorie „Process“ ist das „Bionische Konzept für Mikrofaserfilter“. Entwickelt wurde Konzept in Kooperation zwischen der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und der Firma E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH.

Eine Expertenjury hatte aus insgesamt mehr als 30 Einreichungen die innovativsten und nachhaltigsten Produkte und Projekte zu den Finalisten dieses renommierten Preises ausgewählt. Er ist als einziger weltweit an der Schnittstelle aus Design, Technologie und Materialien positioniert. Die Kategorie-Gewinner wurden im Rahmen der eMove360°-Messe in München am 17. Oktober 2023 geehrt. Mit dem Preis geehrte Mitglieder der Plant Biomechanics Group der Universität Freiburg am Lehrstuhl für Botanik: Funktionelle Morphologie und Bionik sind Prof. Dr. Thomas Speck, Dr. Georg Bold, Dr. Tim Kampowski, Dr. Tom Masselter, Dr. Marc Thielen und Kim Ulrich sowie auf Seiten der Firma E.G.O. Uwe Schaumann.

Zum prämierten Projekt: Hauptverursacher der zunehmenden Wasserbelastung durch Mikroplastik und Mikrofasern sind Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen mit einem hohen technischen Potenzial, problematische Verschmutzungen während den Reinigungszyklen aus dem Abwasser abzutrennen. Um dieses Potenzial zu nutzen, wurde ein neuartiges, bionisches Konzept entwickelt, welches die Filtration und Entfernung von Partikeln wie Mikrofasern in konventionellen Waschmaschinen erlaubt. Ausgehend von einem biologischen Ideengeber, wie dem Riesenhai, wurden verschiedene Filter mit und ohne Rippenstruktur entwickelt und Effizienzanalysen durchgeführt. Die Ergebnisse sind sehr vielversprechend für die Einbindung in ein einfach zu bedienendes und kostengünstiges Filterkonzept.

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Veranstaltung // 15. May 2024

Future Automotive Production Conference (FAPC) & Werkstoffsymposium

* Save the date *

Experts from academic research and industry meet in Wolfsburg to discuss innovative concepts and solutions in the following research areas:

  • Design for Circularity of Automotive Components
  • Ressource Efficiency through Digitalisation & Automation
  • Circular Production and Life Cycle Engineering
  • Sustainable Materials & Applications in Future Automotive Production
Conference Sessions:

Innovative & Smart Production /  Life Cycle Engineering / AI-based Optimisation / Factories of the Future / Design and Simulation for Circular Components / Functional and Innovative Components / Sustainable Materials & Surfaces / Start-Up Pitches & Award for the best Innovation

Further information >>

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Veranstaltung // 24. June 2024

9th International Conference on Self-Healing Materials – ICSHM2024

The conference will take place from June 24th to June 26th 2024 in Madrid. The 9th ICSHM continues the long-standing tradition of this biennial conference focused on advances in self-healing material science, engineering and technological applications.

Since its first edition (Noordwijk, NL – 2007) and followed by 7 successful ICSHM events organized by leaders in the field (Chicago, USA – 2009; Bath, UK – 2011; Ghent, Belgium – 2013; Durham, USA – 2015; Friedrichshafen, Germany – 2017; Yokohama, Japan – 2019 and Milan, Italy – 2022) the mission of this well-stablished conference remains unchanged. In this 9th edition the organizers will provide again a high-level international platform where recognized experts and participants will share new developments, research and testing technologies that will contribute to a more balanced materials and structures end-of-life.

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Veranstaltung // 24. September 2024

Materials Science and Engineering (MSE) Congress 2024

Der renommierte MSE Congress, eine führenden Veranstaltung im Bereich der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, findet im Jahr 2024 als Hybrid-Event vom 24. bis 26. September sowohl in Darmstadt als auch virtuell statt. Der MSE Congress findet alle zwei Jahre statt und versammelt regelmäßig mehr als 1.200 Teilnehmende aus aller Welt, für die er als essenzielle Plattform für erstklassigen Forschungsaustausch und Wissenstransfer dient.

Call for Abstracts / Deadline 31.01.2024 >> 

Bis zum 31. Januar 2024 haben Sie die Möglichkeit, Ihre Forschungsarbeiten in Form eines Vortrags oder Posters einzureichen.

Es gibt acht thematische Bereiche, die das breite Feld der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik repräsentieren:

B: Biomaterials

C: Characterization

D: Digital Transformation

F: Functional Materials, Surfaces and Devices

I: Circular Materials

M: Modelling and Simulation

P: Processing and Synthesis

S: Structural Materials

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Uncategorized // 18. January 2023

International Bionic Award 2023

In 2023, it is time again: Every other year the Association of German Engineers (VDI) and the Schauenburg Foundation jointly present the International Bionic Award for outstanding scientific work in the field of product development in biomimetics. The Award is endowed with 5,000 EUR and addresses young scientists in the whole world. Submission deadline for papers in English is February 17, 2023.

The International Bionic Award honors excellent works, for example a biomimetic/ bionic product development, a bachelor thesis or a dissertation / habilitation that has been completed within the last two years before the submission deadline. Both individuals and teams can participate. An international jury of top-ranking scientists in biomimetics will determine the International Bionic Award Winner or Winners.

In 2020, Julien Dupeyroux received the International Bionic Award 2020 for his outstanding research on an autonomously navigating robot, which he carried out as a PhD research at the University of Aix-Marseille.

Biomimetics is an interdisciplinary scientific discipline in natural and engineering sciences. It ranks among the most important future technologies. Developments in biomimetics often provide innovative and novel solutions for technical problems inspired by nature. In 2008, the International Bionic Award was launched by the Schauenburg Foundation and the VDI, and was established to encourage start-ups and to open new vistas for young scientists in developing innovative products in biomimetics suited for real life applications. The impressive success of past awardees speaks for itself.

Further information on the award and the conditions of participation can be found at www.vdi.de/bionic-award.

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Uncategorized // 15. October 2021

Flickflack à la Bionik – Nachruf zum Tod von Ingo Rechenberg

BIOKON trauert um sein Ehrenmitglied Professor Dr. Ingo Rechenberg. Er starb am 25.09.2021 nach kurzer schwerer Krankheit in Berlin. Als einer der weltweiten Pioniere der Bionik hat Ingo Rechenberg maßgeblich dazu beigetragen, Bionik als Wissenschaftsrichtung zu etablieren und in Deutschland groß zu machen.

Schon von frühester Jugend an versuchte er, Naturphänome bei Flugmodellen einzusetzen. Schon damals folgte er dem sein ganzes akademisches Leben prägenden Motto, nach dem die ganze Welt ein riesiges Versuchslabor sei, von dem sich der Ingenieur inspirieren lassen könne. Seine Logik: In der Natur findet eine Evolution statt, ein Langzeitexperiment, das seit fast vier Milliarden Jahren läuft. Die Größe des „Labors Erde“ und Dauer des Experiments sollten ausgereicht haben, optimierte Lebensformen hervorzubringen. Der Ingenieur kann vielfach Denk- und Experimentierzeit sparen, wenn er solche evolutionär optimierten Lösungen analysiert und technisch umsetzt.

1955 begann Ingo Rechenberg an der TU-Berlin bei Professor Heinrich Hertel mit dem Studium des Flugzeugbaus. Er war als Praktikant bei den Focker-Flugzeugwerken in Amsterdam tätig und forschte als Stresemann-Stipendiat ein Jahr am Engineering Laboratory in Cambridge (England). Zurück in Berlin (zum Diplomabschluss fehlte noch das Studium Generale) hörte er eine Vorlesung von Professor Johann-Gerhard Helmcke über Evolution. Von der Euphorie seines Professors angesteckt begann Rechenberg 1963 mit Würfel, Zirkel und Lineal Darwins Modell der Evolution am Beispiel der Entwicklung eines regulären Sechsecks auf dem Papier nachzuvollziehen. Am 12. Juni 1964, in einem Teestunden-Vortrag bei Professor Rudolf Wille am Hermann-Föttinger-Institut der TU Berlin, wurde das Wort Evolutionsstrategie geprägt. Als Meilenstein gilt Rechenbergs Vortrag auf einer Tagung der am 16. September 1964 in der Berliner Kongresshalle. Hier führte er mit Hilfe der Film-Zeitraffer-Technik das mittlerweile berühmt gewordene „Darwin-im-Windkanal-Experiment“ vor, in dem eine zur Zickzackform gefaltete Gelenkplatte sich evolutiv zur ebenen Form geringsten Widerstands entwickelt.

Es folgten seine Promotion im Jahr 1970 und die Habilitation 1971. Im Jahr 1972 wurde Rechenberg dann auf den Lehrstuhl „Bionik und Evolutionstechnik“ der TU Berlin berufen, den er auch nach seiner Emeritierung bis kurz vor seinem Tod noch kommissarisch weiter leitete. Bereits 1973 erschien Rechenbergs erstes Buch „Evolutionsstrategie – Optimierung technischer Systeme nach Prinzipien der biologischen Evolution.

Die große Anwendungsbandbreite der Evolutionsstrategie reicht von der Optimierung von Prozessabläufen über die Anpassung von subjektiv zu beurteilende Produkteigenschaften und der Erstellung von Vorhersagemodellen von sozialem Verhalten oder der Entwicklung von Finanzmärkten bis hin zur Auslegung von Bauteilen und Großkonstruktionen:

Die Bionik begriff Ingo Rechenberg als Studium und Nutzung von Ergebnissen der biologischen Evolution und demzufolge die Evolutionsstrategie als Teilmenge der Bionik. Im Jahr 2001 gehörte er zu den sechs Gründungsmitgliedern der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz BIOKON, die er als seine wissenschaftliche Heimat sah.

Seine wissenschaftlichen Beiträge reichen von der Evolutionsstrategie als universelles Optimierungswerkzeug über die Windkraftanlage BERWIAN bis hin zu Projekten zur photobiologischen Wasserstofferzeugung. Sein letztes Arbeitsgebiet in den 2000-er Jahren waren die Umsetzung von biologischen Prinzipien, die er in der Wüste Erg Chebbi am Rand der Sahara in Südmarokko fand, wie zum Beispiel verschleißarme Oberflächen nach dem Vorbild des Sandfisches, eine „Bionik-Pumpe“, die ohne Mechanik mit Hilfe der Sonnenenergie nach dem Vorbild von Pflanzen Flüssigkeiten transportiert oder die rollende Lokomotion nach dem Vorbild der mittlerweile nach ihm benannten Spinne Cebrennus rechenbergi. Bekannt wurde sie durch ihre für Spinnen einzigartige Möglichkeit der Fortbewegung, die an einen Flickflack erinnert. Rad schlagend und dadurch nahezu rollend kann sie sich viel schneller fortbewegen, als mit ihrer normalen Beinbewegung. Ingo Rechenberg nannte sie deshalb auch „Radlerspinne“. Seine jährlichen Expeditionen in die südmarokkanische Wüste, die er noch bis zuletzt unternahm, waren für ihn Inspiration und Jungbrunnen zugleich.

Professor Rechenberg hätte am 20. November 2021 das 87 Lebensjahr vollendet. Neugierig in die Natur geschaut hat er bis zum Ende. BIOKON wird ihm als einen seiner Mitbegründer und großen Bioniker ein würdigendes Andenken bewahren – R.I.P. Ingo Rechenberg.

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Uncategorized // 22. September 2020

Bionik im Botanischen Garten Freiburg

Er ist nicht nur zentraler Standort für Forschende, Lehrende und Studierende, sondern ist auch eine beliebte Anlaufstelle für die Öffentlichkeit: In diesem Jahr feiert der Botanische Garten der Universität Freiburg sein 400-jähriges Bestehen. Das große Jubiläumsprogramm fiel wegen der Corona-Pandemie aus. Ein multimediales Angebot an verschiedenen Beiträgen soll Interessierten dennoch ermöglichen, die vielen Facetten des Botanischen Gartens zu erkunden. Es zeigt auch die wichtige Rolle des Botanischen Garten für die Forschung und als Innovationsquelle für die Bionik – quasi ein „Hortus Bionicus“.

Im Rahmen einer virtuellen Führung zeigt der Direktor des Gartens, Prof. Dr. Thomas Speck, was der Botanische Garten Besucherinnen und Besuchern zu bieten hat. In insgesamt 19 Videoclips gibt er spannende Tipps, Tricks und Hintergründe zur Pflanzenwelt.
In einem Interview spricht Thomas Speck über die Arbeit der Forschenden, die sich bei der Entwicklung von technischen Anwendungen von Mechanismen aus der Pflanzenwelt inspirieren lassen: Am Anfang steht die Entdeckung in der Natur, am Ende kommt das technische Produkt.

Wenn Roboter Hindernisse wie Kletterpflanzen überwinden: In der Bionik lassen sich Biolog*innen von der Natur inspirieren und entwickeln neue technische Produkte.
© Uni Freiburg (mit Material des Bioinspired Soft Robotics lab Istituto Italiano di Tecnologia)


Beispiele aus dem Forschungsportfolio der Freiburger sind unter anderem auch eine stufenlose Fassadenverschattung inspiriert vom Vorbild des Klappmechanismus der Paradiesvogelblume oder ein Fahrradhelm, dessen Dämpfung auf die Struktur der Pomelo-Frucht zurückgeht.
Die vollständige Videoführung durch die Pflanzenwelt der grünen Oase >>

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Presse // 15. July 2020

Grüne Jobs entdecken in Weltretter-Workcamps der Bionik

Einfach mal die Welt retten? Und das in nur vier Tagen? „Yes, You Can! Green Up Your Future” lautet die Antwort von BIOKON. Die Forschungsgemeinschaft Bionik- Kompetenznetz e.V. macht dies jetzt in einer fesselnden Earth-Challenge-Experience in Joachimsthal bei Berlin für junge Menschen in der Berufsorientierung spannend erlebbar.

Die mysteriöse Forschungsstation „Bionika“, eine geheimnisvolle Earth-Challenge-Experience voller (noch) ungelöster Rätsel plus faszinierende Bionik: Das sind die Leitplanken der interaktiven Weltretter-Workcamps, die im Projektzeitraum 2020 bis 2022 jeweils 16 Teilnehmer*innen im Alter von 18 bis 22 Jahren für Greening-Potenziale in Jobs mit Zukunft begeistern. „Ein einzigartiges Bionik-Abenteuer vor den Toren Berlins mit packender Dramaturgie und großem Online-Weltretter-Community-Building“, erklärt BIOKON-Geschäftsführer Dr. Rainer Erb.

„Die Natur kann mit ihrem Entwicklungsvorsprung von über drei Milliarden Jahren Evolution oft überraschende „grüne“ Lösungsansätze für die Herausforderungen unserer Zeit bieten“, stellt der BIOKON-Geschäftsführer fest. Das Workcamp greife diese Faszination der Bionik auf und verbinde sie mit einer erlebnispädagogisch geführten Earth Challenge. Dabei könnten sich die Teilnehmer*innen auf ganz unterschiedlichen Tätigkeitsfeldern ausprobieren und so herausfinden, was alles in ihnen steckt.

Welcher Job passt zu welcher Persönlichkeit und zu welchem Talent? Die Workcamp-Module orientieren sich bei den Antworten am Interessensmodell von John L. Holland. Der amerikanische Psychologe hatte darin aus arbeits- und organisationspsychologischer Sicht die menschlichen Interessen und Neigungen in sechs Schwerpunkte geclustert: RIASEC – Realistic, Investigative, Artistic, Social, Enterprising und Conventional.
„Indem die Teilnehmer*innen Aufgabenstellungen aus ganz unterschiedlichen Perspektiven angehen, lernen sie, sich nicht nur innerhalb der eigenen, bekannten Interessen zu bewegen, sondern gezielt auch die persönlichen Komfortzonen zu verlassen, um sich so neue Denk- und Handlungsoptionen zu erschließen“, erklärt Dr. Rainer Erb.

„Ziel der Weltretter-Workcamps ist es, dass die jungen Leute praktisch erfahren, wie sie ihre Zukunft in die eigenen Hände nehmen und über das Greening von Berufen zu einer nachhaltigeren Entwicklung ihrer Lebens- und Arbeitswelt beitragen können“, so Dr. Erb. „Die Botschaft lautet: Du kannst sehr viel mehr als Du glaubst. Entdecke, was in Dir steckt: Yes, You Can! Green Up Your Future.“

Yes, You Can! Green Up Your Future“ ist ein Projekt von BIOKON – der Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenznetz e. V. – und wird durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit und den Europäischen Sozialfonds für Deutschland (ESF) gefördert.
Den Rahmen dafür steckt das ESF-Bundesprogramm „Berufsbildung für nachhaltige Entwicklung befördern. Über grüne Schlüsselkompetenzen zu klima- und ressourcenschonendem Handeln im Beruf – BBNE“.

Mehr im Web, bei Instagram, Facebook, Twitter und YouTube.

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Presse // 5. February 2020

Neue Methode zur Entfernung von Öl aus Gewässern

Öl stellt für Wasserlebewesen eine erhebliche Gefahr dar. Forscher der Universitäten Bonn und Aachen sowie der Heimbach-GmbH haben eine neue Methode entwickelt, solche Verunreinigungen zu beseitigen: Textilien mit speziellen Oberflächeneigenschaften schöpfen das Öl dabei passiv ab und transportieren es in einen schwimmenden Behälter. Als Vorbild dienten den Wissenschaftlern dabei Oberflächen aus dem Pflanzenreich. Die Studie ist nun in der Zeitschrift „Philosophical Transactions A“ erschienen.

Der Video-Clip ist ebenso kurz wie beeindruckend: Die 18-sekündige Sequenz zeigt eine Pipette, aus der dunkel gefärbtes Öl in ein Glas Wasser tropft. Dann hält ein Forscher ein grünes Blatt an den Fleck. Binnen weniger Augenblicke saugt es das Öl von der Wasseroberfläche, ohne auch nur einen winzigen Rest zurückzulassen.

Der Star des Films, das grüne Blättchen, stammt vom Schwimmfarn Salvinia. Für Wissenschaftler ist er aufgrund der besonderen Fähigkeiten seiner Blätter hochinteressant. Denn die sind extrem wasserscheu: Untergetaucht hüllen sie sich in einen Luftmantel und bleiben so vollkommen trocken. Forscher nennen dieses Verhalten „superhydrophob“, was sich mit „äußerst wasserabweisend“ übersetzen lässt.

Die Salvinia-Oberfläche liebt aber Öl – das ist gewissermaßen eine Kehrseite der Superhydrophobie. „Die Blättchen können daher auf ihrer Oberfläche einen Ölfilm transportieren“, erklärt Prof. Dr. Wilhelm Barthlott, Emeritus der Universität Bonn und ehemaliger Direktor des dortigen botanischen Gartens. „Und diese Eigenschaft konnten wir auch auf technisch herstellbare Oberflächen übertragen, etwa auf Textilien.“

Funktionstextilien als „Saugrüssel“

Derartige superhydrophobe Stoffe lassen sich dann beispielsweise einsetzen, um Ölfilme effizient und ohne Einsatz von Chemie von Wasseroberflächen zu entfernen. Anders als andere Materialien, die zu diesem Zweck bislang genutzt werden, nehmen sie das Öl aber nicht in sich auf. „Stattdessen wandert es, einzig und allein getrieben von seinen Adhäsionskräften, auf der Oberfläche des Textils entlang“, erklärt Barthlott. „Im Labor haben wir derartige Stoff-Bänder beispielsweise über den Rand eines auf dem Wasser treibenden Behälters gehängt. In kurzer Zeit hatten sie das Öl nahezu komplett von der Wasseroberfläche entfernt und in den Behälter transportiert.“ Den Antrieb liefert dabei die Schwerkraft; der Boden des Behälters muss deshalb unterhalb der Wasseroberfläche mit dem Ölfilm liegen. „Das Öl wird dann vollständig abgeschöpft – wie mit einem automatischen Fettlöffel für die Fleischbrühe.“

Damit werden superhydrophobe Textilien auch für die Umwelttechnik interessant. Versprechen sie doch einen neuen Lösungsansatz für das drängende Umwelt-Problem zunehmender Ölverschmutzungen auf Gewässern. Auf dem Wasser schwimmende Ölfilme verhindern einerseits den Gasaustausch durch die Oberfläche. Andererseits sind sie für viele Pflanzen und Tiere bei Kontakt gefährlich. Da sich Ölfilme zudem schnell über große Oberflächen ausbreiten, können sie ganze Ökosysteme gefährden.

Reinigung ohne Chemie

Das neue Verfahren kommt ohne den Einsatz von Chemikalien aus. Von herkömmlichen Bindemitteln wird das Öl zudem einfach aufgesaugt und kann dann später meist nur noch verbrannt werden. Anders bei der Superhydrophobie-Methode: „Das in den schwimmenden Behälter abgeschöpfte Öl ist so sauber, dass es sich wiederverwenden lässt“, erklärt Prof. Barthlott.

Das Verfahren ist nicht für großflächige Ölkatastrophen wie nach einem Tankerunglück gedacht. Aber gerade kleine Verschmutzungen – etwa durch Motoröl von Autos oder Schiffen, Heizöl oder Leckagen – sind ein drängendes Problem. „Besonders in stehenden oder langsam fließenden Gewässern werden auch geringe Mengen zu einer Gefahr für das Ökosystem“, betont der Biologe. Dort sieht er denn auch das Haupteinsatzpotenzial der neuen Methode, die von der Universität Bonn zum Patent angemeldet wurde.

Im Prinzip zeigen viele Oberflächen superhydrophobes Verhalten, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß. Grundvoraussetzung ist zunächst einmal, dass das Material selbst wasserabweisend ist – zum Beispiel aufgrund einer Wachs-Beschichtung. Das allein reicht aber nicht aus: „Superhydrophobie basiert immer auch auf bestimmten Strukturen auf der Oberfläche wie etwa kleinen Haaren oder Warzen – oft in nanotechnologischer Dimension“, sagt der Botaniker der Universität Bonn. Auch ihm ist zu verdanken, dass die Wissenschaft inzwischen sehr viel mehr über diese Zusammenhänge weiß als noch vor einigen Jahrzehnten.

Die Forschungsarbeiten werden von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU gefördert. „Das hilft uns nun dabei, in Kooperation mit der RWTH Aachen gezielt öladsorbierende Materialien mit besonders guten Transporteigenschaften zu entwickeln“, sagt Barthlott.

Publikation: W. Barthlott, M. Moosmann, I. Noll, M. Akdere, J. Wagner, N. Roling, L. Koepchen-Thomä, M.A.K. Azad, K. Klopp, T. Gries & M. Mail (2020): Adsorption and superficial transport of oil on biological and bionic superhydrophobic surfaces: a novel technique for oil-water separation. Philosophical Transactions A., DOI >> https://doi.org/10.1098/rsta.2019.0447 Quelle: Presseinformation der Uni Bonn

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