- Bayern Innovativ

perspektiven.
Trends für Entscheider aus Wirtschaft und Wissenschaft
Natur: Erfolgreichster Innovator aller Zeiten | Bionik inspiriert | Da Vinci Index
Der menschliche Schöpfergeist kann verschiedene
Erfindungen machen (...), doch nie wird ihm eine
gelingen, die schöner, ökonomischer und geradliniger
wäre als die der Natur, denn in ihren Erfindungen
fehlt nichts, und nichts ist zu viel.
Leonardo da Vinci (1452–1519), Künstler und Universalgelehrter
Der Nashornkäfer kann das 850-fache
seines eigenen Körpergewichts tragen.
Bio logie
Tech nik
Der Mistkäfer kann das 1141-fache
seines eigenen Körpergewichts ziehen.
Zum Vergleich:
der an Land lebenden Organismen
sind der Wissenschaft noch unbekannt.
der Meereslebewesen warten auf
ihre Entdeckung.
Quellen: Mora C, Tittensor DP, Adl S, Simpson AGB, Worm B (2011) How Many Species Are There on Earth and in the Ocean?
PLoS Biol 9(8): e1001127. doi:10.1371/journal.pbio.1001127e1001127, doi:10.1371/journal.pbio.1001127 // Lynn Reaser, Fermanian
Business & Economic Institute Point Loma Nazarene University, 2600 Laning Rd., San Diego, CA 92106
Inhalt
Bioinspiration is expected to positively influence
many industries as soon as in the year 2030
Projected percent of industry sales
15
Materials
12,5
Plastics and rubber products manufacturing
PROLOG
Die Natur ist der erfolgreichste
Innovator aller Zeiten
4
Knut Braun, Internationales Bionik-Zentrum
Stiftung für Bionik, München/Saarbrücken
10
Textile mills and and textile product mills
7
Construction
5
INTERVIEW
Bionik: Verblüffende Ideen aus
den Schatztruhen der Natur
6
Dr. Monika Wilhelm, Projektleitung Fachbereich Bionik der Bayern Innovativ GmbH
Computer, electronic products, equipment and appliances
3
Mining
2,5
Agriculture
Die Natur macht
nichts vergeblich.
Aristoteles (384–322 v. Chr.), griechischer Philosoph
8,7 Mio.
Tier- und Pflanzenarten existieren (Schätzungen zufolge)
auf der Erde.
BEST PRACTICE
Bionik inspiriert! Ideen für
Energie, Digitalisierung, Gesundheit, Mobilität und Material
Biomimicry: A Treasure Trove
of Innovation
8
14
Dr. Lynn Reaser, Leiterin der Wirtschaftsforschung an der Point Loma Nazarene
University in San Diego, USA
Bionik: Innovationstechnologie
mit großem Potenzial für viele
Branchen
16
Überblick: Bionik in Bayern
17
Das Nürnberger Bionicum –
Besucherzentrum und
Forschungsverbund
18
Trends Bionik
20
Impressum
23
6,5 Mio.
davon an Land.
2,2 Mio.
davon im Wasser.
3
Die Natur ist der erfolgreichste Innovator
aller Zeiten
Text: Knut Braun
Die Natur ist der erfolgreichste Innovator aller Zeiten. Seit rund 3,8 Milliarden
Jahren entwickelt, erprobt und optimiert sie immer wieder neu. Der Bionik kommt
eine Schlüsselfunktion zu, wenn es gilt, die im „Testlabor Natur“ erfolgreich
entwickelten Lösungen für unsere Wissensgesellschaft nutzbar zu machen.
Das Kunstwort Bionik leitet sich aus den Begriffen Biologie
und Technik ab, wodurch schon eine grundsätzliche Definition der Forschungsrichtung gegeben ist. Unter Bionik versteht
man die Umsetzung von Erkenntnissen aus der biologischen
Grundlagenforschung in technische Anwendungen. Die Herangehensweise des Bionikers an ein Problem ist es also, in
der Natur nachzuschauen, ob diese nicht bereits eine Lösung
gefunden hat. Eine Lösung, die in Milliarden Jahren evolutionärer Entwicklung und Qualitätssicherung optimiert wurde
und die ihre Funktionalität wie auch ihre Zuverlässigkeit bewiesen hat. Dabei geht es nicht um das bloße Kopieren der
Natur, denn in aller Regel liefert sie keine Blaupausen für
die Technik. Ziel ist es vielmehr, die Prinzipien hinter einer
Konstruktion des Ideengebers Natur zu verstehen. Erst dann
können die daraus gewonnenen Erkenntnisse als Anregung
für Innovationen genutzt und technisch umgesetzt werden.
Bionik ist ein hochgradig interdisziplinäres Forschungsgebiet.
Bionisch forschen bedeutet, dass Fachleute aus unterschiedlichen Bereichen in einem wissenschaftlichen Kontext miteinander arbeiten.
Der Begriff „Bionik“ ist erst seit den 1960er-Jahren gebräuchlich, zuvor wurde zumeist von „Biotechnik“ gesprochen.
Eine Ausweitung des bionischen Arbeitsbereichs auf mikround nanostrukturierte funktionale Oberflächen und Werkstoffe setzte erst allmählich ein. Ein erstes wichtiges Ergebnis
waren die Ende der 1970er- und Anfang der 1980er-Jahre von
W.-E. Reif und D. Bechert untersuchten Oberflächenstruktu-
4
ren rezenter Haiarten. Mit technisch nach ihrem Vorbild entwickelten Ribletfolien konnten Widerstandsminderungen bis zu
zehn Prozent erreicht werden.
Das Paradebeispiel der Bionik ist der Lotus-Effect®, entdeckt und auf technische Anwendungen übertragen vom
Bonner Botanik-Professor Wilhelm Barthlott und seinem Kollegen Professor Christoph Neinhuis. Die Ursache des Phänomens selbstreinigender Oberflächen spürte Barthlott mit dem
Elektronenmikroskop an der Lotusblume auf. Kleine Noppen
bewirken, dass Wassertropfen auf der Oberfläche der Pflanze
abperlen. Schmutzpartikel haften auf solchen „mikrorauen“
Oberflächen nicht und rollen mit Wasser einfach ab. Anwendung findet der Lotus-Effect® beispielsweise bei Fassadenfarbe oder Dachziegeln.
Ein weiteres Beispiel für bionisches Forschen ist das
„Skelett“ der Autokarosserie. Chassis, Achsen, Lenkung und
Motorträger werden bei Opel in Rüsselsheim nach der sogenannten Wachstumsregel entwickelt. Denn Bäume, Knochen
oder Zähne erzielen große Festigkeit bei kleinem Gewicht,
indem sie gezielt an den Stellen Material anlagern, wo die
Belastung am größten ist. Der Reifenhersteller Continental in
Hannover hat neue Reifen entwickelt, die den Bremsweg verkürzen, weil sie sich unter Belastung spreizen und so mehr
Gummi auf die Straße bringen. Das ist der Katze abgeschaut,
die beim Landen die Kräfte auf eine um bis zu ein Drittel
vergrößerte Standfläche verteilt. Erfolgreiche Ergebnisse des
„Lernens von der Natur“.
prolog
„Bionik im Sinne von ‚Lernen von der
Natur für eine technische Umsetzung‘
ist nicht neu und ist es vermutlich
auch nie gewesen.”
Knut Braun, Internationales Bionik-Zentrum, Stiftung für
Bionik, München und Saarbrücken
Bionik in Deutschland ist vor allem eine Bionik der re Technik durch eine Übertragung biologischer Vorbilder und
Prinzipien in die Technik zum Teil gerechtfertigt ist. Aus der
Werkstoffe
Das bewies auch die zweimalige Vergabe des Deutschen Umweltpreises für bionische Entwicklungsergebnisse 1999 an den
bereits erwähnten Wilhelm Barthlott zu selbstreinigenden Oberflächen nach dem Vorbild des Lotus-Effekts® und 2003 an Claus
Mattheck zur Festigkeitsoptimierung von Bauteilen nach dem
Vorbild von Bäumen. Zu einer Art Renaissance der Bionik führte
dann 2001 die Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und
Raumfahrt zur Gründung des Bionik-Kompetenznetzes BIOKON,
das mit Fördermitteln des Bundesministeriums für Bildung und
Forschung bis 2007 begleitet wurde. Diese Maßnahme belebte die Bionik in Deutschland neu. Das Bundesministerium unterstützte die Bionik außerdem zwischen 2008 und 2013 im
Rahmen der Fördermaßnahme „BIONA – Bionische Innovationen
für nachhaltige Produkte und Technologien“ mit insgesamt 30
Millionen Euro. BIONA hatte zum Ziel, das Potenzial der natürlichen Vorbilder zur Generierung umweltverträglicher und wettbewerbsfähiger Produkte und Technologien zu erschließen. Die
thematischen Schwerpunkte lagen auf den Bereichen Werkstoffe, Oberflächen, Robotik, Sensorik und Bildung.
Bionik ist ein Innovationsmotor mit großem
Nutzen für Technik, Wirtschaft und Gesellschaft
Bionik führt Biowissenschaften mit technischen Disziplinen zusammen. Durch systematische Übertragung biologischer Problemlösungen und Optimierungsstrategien in neuartige Produkte und Technologien wirkt Bionik vielfach als Ideengeber und
Innovationsmotor mit nachhaltigem Nutzen für Technik, Wirtschaft und Gesellschaft. Letztlich kann man unter Bionik auch
die Variante eines Innovationsprozesses verstehen, der seinen
Startpunkt in der Verknüpfung eines biologischen Vorbilds mit
einer konkreten technischen Fragestellung hat und dessen Ziel
die Entwicklung einer funktionsfähigen technischen Lösung ist.
Die Aufgabe der Bionik besteht vor allem darin, den Übergang
zwischen biologischer Grundlagenforschung und der ingenieursmäßigen Forschung und Entwicklung zu ermöglichen. Der Versuch, Nachhaltigkeitsaspekte in einer Definition der Bionik zu
integrieren, war bisher allerdings nicht erfolgreich. Viele Wissenschaftler vermuten, dass die Hoffnung auf eine ökologische-
Biologie ableitbare technische Gestaltungsleitbilder wie Resilienz
und Selbstheilung könnten zukünftig eine Schlüsselrolle spielen.
Gerade selbstheilende Materialien werden die Bionik vor allem
für die materialwissenschaftlichen Disziplinen weiter interessant werden lassen. 2010 wurde hierzu seitens der Deutschen
Forschungsgesellschaft ein Schwerpunktprogramm „Design and
Generic Principles of Self-Healing Materials“ eingerichtet.
Eine weitere Chance eröffnet die Bionik durch ihre Eigenschaft, Akteure aus sich wenig berührenden Bereichen aus
Wissenschaft und Technik zusammenzuführen. So entstehen
neue Formen für interdisziplinäre Zusammenarbeit sowie disziplinübergreifende Methoden und Werkzeuge für leistungsfähige
Innovationsprozesse.
Knut Braun
Knut Braun, Jahrgang 1953, hat in Gießen Veterinärmedizin
und in Saarbrücken Biologie studiert. Er war lange Jahre
in einer tierärztlichen Praxis in Saarbrücken, in Organisation
und Lehre an Universitätsinstituten und bis 2001 in der
Arbeitsgruppe Nachtigall an der Universität des Saarlandes
tätig.
Mit Gründung des Bionik-Kompetenznetzes BIOKON 2001
übernahm er den Aufgabenbereich des Koordinators des
BIOKON-Standortes an der Universität des Saarlandes. 2000
bis 2002 war er verantwortlich an der Planung des weltweit
ersten Bionik-Studienganges an der Hochschule Bremen
beteiligt. Knut Braun ist Stiftungsvorstand des Internationalen
Bionik-Zentrums Stiftung für Bionik mit Sitz in München und
Saarbrücken. Die Stiftung versteht sich als Mittler zwischen
Wissenschaft und Wirtschaft und sieht ihren Auftrag darin,
das Potenzial der Bionik für Wirtschaft und Gesellschaft verfügbar zu machen.
Knut Braun ist außerdem Gründungsmitglied und Vorstand
der Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik sowie
stellvertretender Vorsitzender des saarländischen Bionik Clusters B-E-N (BionicEngineeringNetwork).
5
Bionik: Verblüffende Ideen aus den
Schatztruhen der Natur
Text: Dr. Monika Wilhelm
Wenn das Prinzip der kalifornischen Kettennatter quietschende Bremsen leiser
macht, wenn Radnetzspinnen ihren Beitrag zu innovativen Glasfassaden leisten
oder die tieffrequente Kommunikation der Elefanten zum Vorbild für die Schallleitung über Langstrecken wird, dann handelt es sich um bionisch-inspirierte
Hightech-Innovationen. Wir haben mit Dr. Monika Wilhelm, Leiterin der neuen
Arbeitsgruppe Bionik gesprochen.
Warum empfehlen Sie Unternehmen, sich mit Bionik zu
befassen? Die 30 Millionen Tier- und Pflanzenarten auf unserer Erde stellen eine gigantische Bibliothek genialer
Ideen dar, die während der vergangenen 3,8 Milliarden Jahren
ständig optimiert und weiterentwickelt wurden. In jeder
Tier- und Pflanzenart stecken geniale Prinzipien. Gelingt es,
diese Prinzipien auf die Technik zu übertragen, entstehen
unkonventionelle, überraschende und effiziente Lösungen, die
nicht nur eine bisher unerreichte Genialität beinhalten,
sondern die als evolutionär erprobt, ökologisch eingepasst
und risikoarm gelten und nebenbei auch einen hohen
Marketingwert besitzen.
Monika Wilhelm studierte und promovierte an der TU München
Weihenstephan und arbeitete in der ernährungswissenschaftlichen Abteilung der Firma HIPP, bevor sie mehrere Jahre als
Post-Doc der Stanford Universität in der Forschung tätig
wurde. Sie wechselte zunächst als wissenschaftliche Referentin
der Hochschulleitung der TUM in den Bereich Wissenschaftsmanagement, übernahm später die Position der persönlichen
Referentin des Präsidenten der TUM und kam 2004 zur
Bayern Innovativ GmbH. Als wissenschaftliche Referentin war
sie an das Bayerische Wirtschaftsministerium in München
entsandt und wirkte dort in der Forschungs- und Innovationsabteilung im Bereich Wissens- und Technologietransfer,
Clusterpolitik und zuletzt in der Stabstelle der Staatssekretärin
maßgeblich an der Entwicklung von innovativen Projekten mit,
bevor sie die Projektleitung für den Fachbereich Bionik übernahm.
6
Welches Potenzial steckt in der Bionik? Der Bionik wird ein
gigantisches Innovationspotenzial prophezeit: Bis zum Jahr
2030 könnten weltweit 500 Mrd. US Dollar durch Ressourceneinsparung und durch Schadstoffreduzierung eingespart
werden, während der Beitrag der Bionik zum globalen Bruttosozialprodukt bis zu 1,6 Billionen US Dollar ansteigen könnte.
Zudem wird Bionik derzeit als einzig praktizierbare Möglichkeit gesehen, bei der sich die Ziele des Umwelt- und
Artenschutzes und des Wirtschaftswachstums vereinbaren
lassen.
Wie sieht bionisches Arbeiten konkret für Unternehmen aus?
Müssen Ingenieure jetzt Zoologie- und Botanikbücher wälzen?
Obwohl das natürlich ein guter Start sein kann, ist es nicht
unbedingt notwendig. Zu Beginn ist die richtige Einstellung
wichtig: Eine grundsätzliche Bereitschaft von der Natur zu
lernen, die Einsicht, dass die Lösungen der Natur, denen der
Technik oft weit überlegen sind und eine große Portion
Geduld. Sehr vereinfacht dargestellt läuft es so: Zuerst wird ein
technisches Problem beschrieben, dann werden mit Hilfe von
Spezialisten Analogien in der Natur gesucht, die dort gefundenen
Prinzipien werden abstrahiert und es wird versucht diese auf
die Technik zu übertragen. Es funktioniert auch in umgekehrter
interview
Reihenfolge: ein Prinzip der Natur fasziniert seine Entdecker –
in diesem Fall meist Biologen – und gemeinsam mit Technikern und Ingenieuren wird untersucht, ob sich damit in der
Welt der Technik etwas verbessern lässt.
aus Wissenschaft und Wirtschaft vermitteln, sondern auch
Finanzierungshinweise geben.
Wie stehen Bayern und Deutschland im Bereich Bionik im
internationalen Vergleich da? Deutschland gehört neben USA
Was raten Sie Unternehmen, die Bionik nutzen möchten, aber und Japan zu den drei Ländern mit den meisten Veröffentnoch nicht über Kontakte zu Fachleuten aus der Bionik und
lichungen im Bereich Bionik. Seit 1990 hat sich die Anzahl der
Biologie verfügen? Die fachübergreifende Kommunikation und Publikationen aus dem Bereich Bionik weltweit mehr als
Arbeit von Biologen, Ingenieuren, Produkt- und Prozessverzehnfacht. Gemessen an der Anzahl der Patente in der Bionik
entwicklern ist wichtig. Zudem spielen Netzwerke eine wesent- liegt Deutschland an 4. Stelle nach USA, Japan und China.
Der vom Fermanian Business & Economic Institute (FBEI) vor
liche Rolle. Die Bayern Innovativ GmbH bietet beides. Das
Forum Bionik im November 2014 war der erste Schritt. Für Kurzem entwickelte da Vinci Index zeigt die weltweit
2015 sind weitere Veranstaltungen geplant, die alle das
wachsende Bedeutung der Bionik und belegt diese anhand
Ziel verfolgen, Unternehmen den Einstieg in bionisches Arbeiten nachweisbarer Kenngrößen.
zu erleichtern. 2016 soll eine international ausgerichtete
Bionik-Konferenz stattfinden. Mit Hilfe unseres BionikEine Frage zum Schluss: was fasziniert Sie persönlich an
Innovationsnetzwerks können wir Experten aus den FachBionik? Bionik stellt auf neue Art die Genialität und
bereichen Biologie und Technik vernetzen, die bisher
Schönheit der Schöpfung in den Mittelpunkt. Man kann
kaum voneinander wissen und sich doch perfekt ergänzen.
nicht anders als ehrfürchtig zu staunen über die VielWir kennen für jede Fragestellung den besten Spezialisten
falt und Genialität der Erfindungen in der Natur. Bionik beoder wissen, wo wir ihn finden können.
geistert, inspiriert und bleibt ein Faszinosum. Bis heute
beschäftigt die größten Forscher – unter ihnen Galilei und
Descartes – die Frage, warum die Natur mit Hilfe der
Es existieren bereits mehrere Netzwerke, Plattformen und
Einrichtungen, die sich der Bionik widmen. Welche Rolle wird vom Menschen entwickelten Mathematik mit verblüffender
die Bayern Innovativ spielen und welche Strategie wird
Exaktheit beschrieben werden kann. Warum lassen sich
verfolgt? Die Bionik-Aktivitäten der Bayern Innovativ stehen ein Schneckenhaus, eine Sonnenblume oder ein Pinienzapfen
nicht in Konkurrenz zu bestehenden Einrichtungen und
durch genetisch verankerte, exakt definierbare rechtsNetzwerken, sondern wollen diese ergänzen. Das bionische und linksdrehende mathematische Spiralen beschreiben, die
Prinzip, nach dem das Ganze mehr ist, als die Summe der
durch Fibonacci-Zahlen und Versetzungswinkel von
einzelnen Teile, trifft auch hier zu. Das Ziel ist die Zusammen- 137,5° festgelegt sind? Und wieso ist dies auch in der unarbeit und Kooperation mit Einrichtungen der Bionik auf
belebten Natur, etwa bei einem Hurrikane möglich?
nationaler und internationaler Ebene.
Alles ist bis auf das kleinste Detail mathematisch präzise
konstruiert, nichts ist zufällig. Die Schlussfolgerung
Gibt es finanzielle Unterstützung für Forschungs- und Entgroßer Denker weist in Richtung intelligenter Planung, bei
wicklungsprojekte? Leider gibt es derzeit kein eigenes
der Technik und Naturwissenschaften von Anfang an in
Bionik-Förderprogramm, weder auf Landes- noch auf Bunder Natur zugrundegelegt wurden. Das wirft spannende Fradesebene. Durch das Wissen der Bayern Innovativ um
gen auf und sollte uns ermutigen, bei der Suche nach
nationale und europäische Fördermöglichkeiten und durch
Lösungen für die drängenden Herausforderungen unserer
die engen Kontakte zum Bayerischen WirtschaftsminisZeit, verstärkt die genialen Lösungen in der Natur zu
terium, können wir nicht nur individuell die richtigen Partner Rate zu ziehen.
„Die fachübergreifende Kommunikation von Biologen,
Ingenieuren, Produkt- und Prozessentwicklern ist
wichtig. Zudem spielen Netzwerke eine wesentliche Rolle.
Die Bayern Innovativ bietet beides. Wir kennen für
jede Fragestellung den besten Spezialisten oder wissen,
wo wir ihn finden können.“ Dr. Monika Wilhelm
7
Bionik inspiriert!
Beispiele bionischer Ansätze aus den Kompetenzfeldern Energie, Digitalisierung,
Gesundheit, Mobilität und Material der Bayern Innovativ
Die Natur bietet ein unerschöpfliches Reservoir an genialen –
und oft genial einfachen – Lösungen. Was liegt näher, als sich
diese zum Vorbild zu nehmen? Die Bionik tut genau das. Im
Zeitalter schwindender Ressourcen und drohender Klimaveränderung sind es vor allem zwei Eigenschaften, die das Vorbild Natur interessanter denn je machen: Die Konstruktionen
der Natur sind effizient bei maximaler Energie- und Materialausnutzung. Der Blick in die Natur lohnt sich in jedem Fall.
Für alle Unternehmen in allen Branchen. Auch aufgrund des
gigantischen Innovationspotenzials, das der Bionik prophezeit
8
wird: Bis zum Jahr 2030 könnten weltweit 500 Milliarden
Dollar durch Ressourceneinsparung und durch Schadstoffreduzierung eingespart werden, während der Beitrag der Bionik
zum globalen Bruttosozialprodukt weltweit bis zu 1,6 Billionen Dollar ansteigen könnte.
Beispiele erfolgreicher Produktinnovationen aus den Bereichen Energie, Digitalisierung, Gesundheit, Mobilität und Material – den fünf Kompetenzfeldern der Bayern Innovativ – zeigen
deutlich, wie unter Berücksichtigung der Bionik alle Branchen
und Technologien inspiriert werden können.
Best Practice
Energie
Die zuverlässige Versorgung mit preiswerter und umweltfreundlicher Energie ist eine der größten Herausforderung des
21. Jahrhunderts. Gleichzeitig steht die Verbesserung der Ressourcen- und Energieeffizienz im Blickpunkt fast aller
Innovationen. Die Basis sind innovative Produkte und Dienstleistungen die sich oftmals auch an den Bauplänen der
Natur orientieren. Im Kompetenzfeld Energie vernetzt Bayern Innovativ Energieexperten und Entscheidungsträger
benachbarter Branchen wie Automobil, Bau und Elektronik.
Umweltfreundliche Energie nach dem Bauplan der Natur
Bei der Optimierung der Energieeffizienz von Windkraftanlagen spielen Druckunterschiede zwischen Ober- und Unterseite der Blätter eine entscheidende Rolle, denn sie bewirken
letztendlich deren Auftrieb. Auftriebsverluste entstehen durch
Reibung und Strömungsabrisse, wenn sich die Strömung vom
Rotorblatt löst. Es kommt zu Wirbel, die den Luftstrom unterbrechen und den Auftrieb der Rotorblätter einschränken.
Um die Windturbinen gegen den Strömungsabriss zu wappnen, bietet die Tierwelt vorbildliche Lösungsansätze. Der Buckelwal besitzt ein ausgeklügeltes System um dem Strömungsabriss entgegen zu wirken. Auf seinen Brustflossen sitzen kleine
Beulen, die für einen besseren Auftrieb sorgen. Die Unebenheiten auf der Flosse verursachen kleine Wirbel, die Strömungen
an die Flosse locken. Somit wird der Strömungsabriss vermindert und die Verwirbelung verschoben. Diesen Ansatz machen
sich Anlagenbauer zunutze, indem auf der Vorderkante der
Rotorblätter sogenannte Wirbelgeneratoren installiert werden.
Das in Toronto ansässige Unternehmen WhalePower Corporation,
hat Rotorblätter entwickelt, die gekerbte statt glatte Rotorblattkanten besitzen und bis zu 20 Prozent mehr Strom erzeugen
können als Anlagen mit herkömmlichen Rotorblättern.
Stromersparnis ist dabei nur ein Vorteil: die kanadische
Firma Envira-North Systems Ltd. hat Rotorblätter nach dem
Vorbild des Buckelwals in Deckenventilatoren eingebaut. Der
Deckenventilator nach dem Walflossen-Prinzip kann mit steiler
angestellten Rotorblättern betrieben werden. Das Ergebnis: er
kann mehr Luft bewegen, ist aber trotzdem nur ein Fünftel mal
so laut wie herkömmliche Geräte gleicher Größe.
Gebäudehüllen sind wesentliche Ansatzpunkte, wenn es um
energetische Einsparungen bei Gebäuden geht. Nach dem
Vorbild der Tulpenblüte, die sich durch unterschiedlich rasches
Wachstum der Außen- und Innenseite öffnet und schließt, wird
an der Fakultät für Architektur, im Fachgebiet für Technologie
und Design an der TU München geforscht. Im Fokus stehen
hier Hüllkonstruktionen an intelligenten Gebäudehüllen, die
sich nach dem Vorbild der Natur selbsttätig an klimatische Anforderungen anpassen können.
Werden bionische Prinzipien in der Architektur umgesetzt,
lassen sich Energiekosten in beachtlicher Höhe einsparen. Termiten können unabhängig von den Außentemperaturen ein
konstantes Klima in ihren Hügelhäusern halten: die natürliche
Kühlung durch verdunstendes Wasser. Die Termiten müssen
dafür Gänge bis in wasserführende Bodenschichten bauen und
darüber Wassertropfen dorthin bringen, wo Kühlung benötigt
wird.
Die Hochtief Development Schweiz AG hat in ZürichOpfikon ein Gebäude, das Aquatikon, errichtet, das die
Kühlung nach Termitenart erfolgreich auf die Haustechnik
umsetzt: Im Gebäude rinnt kontinuierlich gesammeltes Regenwasser an der Oberfläche einer Salinenstruktur in einem
stetigen Kreislauf durch das ganze Gebäude. Alleine durch
dieses innovative Verfahren der aktiven Nutzung der Verdunstungskühlung kann die benötigte externe Kühlenergie
um mehr als 25 Prozent reduziert werden. Zusätzliche
Effekte sind eine inspirierende Arbeitsatmosphäre sowie eine
angenehme Hintergrundakustik.
9
Digitalisierung
Die Welt wird zunehmend digital – getrieben von immer leistungsfähigerer Hardware, Internettechnologie und mobilen
Kommunikationslösungen. Mit dem Kompetenzfeld Digitalisierung greift Bayern Innovativ diesen Trend auf und vernetzt
ihn bedarfsgerecht. Intelligente, hybride Angebote wie Smart Metering, Autonomes Fahren, intelligenter Materialfluss oder
selbstbestimmtes Leben im Alter sind Anwendungsbeispiele, wobei die Bionik eine entscheidende Rolle spielen kann.
Intelligente Roboter für ein selbstbestimmtes Leben im Alter
Roboter der Zukunft werden in der Lage sein, Menschen in
lebensbedrohlichen Situationen zu helfen, wie etwa bei Bränden
und Erdbeben. Sie werden bei Katastrophen selbständig dort Arbeiten verrichten können, wo Menschen der Zugang bisher verwehrt blieb, zum Beispiel bei Grubenunglücken oder Vorfällen
in gefährlichen Anlagen. Die Gruppen um Prof. Dr. Rüdiger
Hornfeck und Prof. Dr.-Ing. Peter Heß von der Georg-SimonOhm Hochschule Nürnberg arbeiten an der Konstruktion und
Programmierung eines solchen Roboters, dem nach dem Namen
der Hochschule benannten „OHM Krabbler“. Prof. Dr. Jörg Franke
und Prof. Dr. Sigrid Leyendecker von der Friedrich-AlexanderUniversität Erlangen-Nürnberg haben sich zur Aufgabe gemacht,
dass Roboter sich bald auch reaktionsschnell, elegant und flexibel
bewegen können. Ermöglichen sollen dies künstliche Muskeln.
Der typische noch eher hölzerne und unbeholfene Robotergang wird bald der Vergangenheit angehören: Prof. Dr. Daniel
Rixen vom Lehrstuhl für Angewandte Mechanik, das zum
Leonardo da Vinci Zentrum für Bionik der Technischen Universität
München gehört, nutzt das Vorbild der Natur. Er analysiert den
Körperbau und die Bewegungsabläufe des Menschen aber auch
Bewegungsprinzipien von Heuschrecken, um Robotern zu einem
robusten, schnelleren und ästhetischen Gang zu verhelfen. Die
sechsbeinige Laufmaschine Max, für die Stabheuschrecken als
Vorbild dienten, der achtbeinige Rohrkrabbler Moritz oder der
10
Zweibeiner Johnnie haben bereits einiges im Repertoir: so
stellen sie sich beispielsweis dem Treppensteigen schon ganz
problemlos. Bei der Laufmaschine Lola wurde versucht die Prinzipien des menschlichen Ganges auf einen Roboter zu übertragen.
Er kann stabil gehen und unbekannte Hindernisse überwinden.
Der autonome Unterwasser-Roboter Snookie, der an der
Fakultät für Physik am Lehrstuhl für Theoretische Biophysik
der Technischen Universität München von Professor Dr. J. Leo
van Hemmen und seinen Mitarbeitern entwickelt wurde, ist Teil
eines Projekts bei dem aus der neuronalen Informationsverarbeitung verschiedenster sensorischer Systeme in der Natur Algorithmen abstrahiert werden, die sich technisch nutzen lassen.
Im Fall von Snookie sind es die Strömungssensorsysteme bzw.
das Seitenliniensystem, das entlang des Fischkörpers verläuft
und dort die Wasserbewegung auf der Haut misst.
Die Firma Festo hat mit dem Bionischen Handling-Assistenten, welcher dem Elefantenrüssel nachempfunden ist, die
Mensch-Maschine-Interaktion revolutioniert, indem der Roboter bei direktem Kontakt nachgeben kann ohne jedoch das
gewünschte Gesamtverhalten zu verändern und so mögliche
Verletzungsrisiken minimiert.
„Intelligente Roboter“, die autonom handeln können, werden gerade für ein selbstbestimmtes Leben im Alter unerlässlich
werden.
Best Practice
Gesundheit
Das Kompetenzfeld Gesundheit der Bayern Innovativ fördert Kooperationen, vermittelt Kontakte und informiert über neueste
Trends und Innovationen aus der Gesundheitsbranche und aus Disziplinen wie Biochemie, Chemie, Biologie, Medizin, Ernährungs- und Agrarwissenschaften, Elektronik, Mikrosystemtechnik und Verfahrenstechnik. Ziel ist es, Technologien und
Produkte im Themenfeld Gesundheit anzustoßen. Auch hier gibt es vielversprechende Ansätze aus der Bionik, die das
Potenzial zu revolutionären Verbesserungen in sich tragen.
Bionische Strukturen zum Wohle unserer Gesundheit
Prof. Dr.-Ing. Bernhard U. Seeber vom TUM Leonardo da Vinci
Zentrum für Bionik bzw. von der Fakultät für Elektrotechnik und
Informationstechnik der Technischen Universität München erforscht mit seinem Team, wie das menschliche Gehör auch bei
lauten Nebengeräuschen die wesentlichen Informationen „herausfiltern“ kann. Ziel ist es,
diese biologischen Prinzipien in Algorithmen für Hörgeräte und Cochlea Implantate (neuronale Hörprothesen,
die tauben Menschen das Hören
ermöglichen) umzusetzen.
Implantate aber auch
medizinische Schrauben
zählen zu den Werkzeugen, die sich häufig bionisch optimieren lassen.
Prof. Claus Mattheck
vom Karlsruher Institut
für Technologie (KIT)
untersuchte hierzu das
Wachstum von Bäumen.
Diese wachsen nicht „planlos“, sondern Stamm und
Äste passen sich auf subtile Weise den Belastungen an.
Diese Wachstumsstrategie der
Bäume übertrug Mattheck in ein
Computerprogramm, das es ermöglicht,
unterschiedlichste Werkzeuge und Bauteile
bionisch zu optimieren. Ein prämiertes Beispiel ist hier
die Pedikelschraube der Medizinfirma Aesculap in Tuttlingen,
die mit dem International Neurobionic Award 2014 ausgezeichnet wurde.
Diese Pedikelschrauben werden verwendet, um eine verletzte Wirbelsäule durch eine damit aufgeschraubte Titanplatte zu stabilisieren. Die sogenannte Kerbspannung, die
am Boden eines Schraubengewindes auftritt, wurde dazu per
CAO-Methode minimiert. Es entstand eine Form, die jener
der natürlich gewachsenen Kerben zwischen Baumstamm und
Baumast sehr ähnelt. Jeder Gewindegang der Stiftschraube
zeigt die Form eines V, das im Scheitel in einem weichen
Bogen ausläuft. Die neuen Schrauben sind erheblich stabiler
und bruchfest im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben.
Einen vollkommen anderen Bereich bearbeitet der Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik von Prof. Dr. rer. nat.
Horst-Christian Langowski an der Technischen Universität
München. Natürliche Vorbilder werden nach ihren verpackungsrelevanten Eigenschaften wie Wasserdampfdurchlässigkeit oder Durchlässigkeit für CO2 und Sauerstoff untersucht.
Die gewonnenen Prinzipien der überragenden Eigenschaften
pflanzlicher Cutikula werden auf künstliche Verpackungen
übertragen. Damit können umstrittene Additive in Verpackungen, wie Weichmacher, eliminiert werden. Ohne die Genialität
der Natur gäbe es so manche Hightech-Verpackung nicht. Ei,
Nuss, Kokosnuss, Kastanie, Muschel, Banane, Baumrinde oder
Physalis – all das sind natürliche Verpackungsbeispiele aus
denen sich vieles ableiten lässt.
Weniger um Form und funktionale Beschaffenheit als vielmehr um Prozessabläufe geht es Eric Edward Worrall, Geschäftsführer des britischen Unternehmens Anhydro Biologicals Limited in Ulceby, Großbritannien: Er hat ein patentiertes Verfahren
entwickelt um biologisch aktives Material, wie z. B. Impfstoff,
so zu konservieren, dass es nicht mehr einer ununterbrochenen
Kühlung bedarf.
Dabei bediente er sich eines Prinzips, das die Natur beim
Wasserbär (Tardigradus) anwendet. Dieses Lebewesen kann
komplett austrocknen, in diesem Stadium – Anhydrobiose genannt – sehr lange Trockenperioden überstehen, und bei Rehydrierung zum Leben wiedererwachen, als sei nichts gewesen.
Der Schlüssel für diese erstaunliche Überlebensfähigkeit ist ein
Bestandteil der Zellen: eine Zuckerart, das Disaccharid Trehalose,
die beim Austrocknen die Zellmembran schützt.
Vielversprechend für die Gesundheit sind auch aktuelle Forschungsarbeiten, die ein Gewebe mit den Eigenschaften der
menschlichen Haut entwickeln, das z. B. bei schweren Verbrennungen zum Einsatz kommt sowie eine künstliche Retina, mit der
blinden und sehbehinderten Menschen geholfen werden kann.
Die Entwicklungen von künstlichen Gliedmaßen stecken zwar
noch in den Kinderschuhen, aber es liegen erfolgsversprechende
Ansätze vor. Forscher stoßen hier schnell an die technischen
und biologischen Grenzen: Zum einen sind die Geheimnisse des
menschlichen Körpers und seiner Funktion insbesondere seiner
Steuerung noch nicht restlos erforscht, zum anderen
fehlen für die Umsetzung heute oftmals noch
die technischen Möglichkeiten.
Mobilität
Wie und womit wollen wir in Zukunft mobil sein? Das Kompetenzfeld Mobilität der Bayern Innovativ
beleuchtet diese Frage sowohl aus Sicht der Automobilindustrie und der mit ihr verbundenen Wertschöpfungsketten als auch aus Sicht anderer Branchen und neuer Anbieter für kommende Mobilitätsformen.
Auch hier lohnt ein Blick auf „bionische Mobilitätskonzepte“.
Von den Ameisen lernen und Autounfälle minimieren
Kollissionsfreie Ameisenstraßen inspirieren zu Forschungen
über Autopiloten und könnten schon bald zu einer Senkung
der Unfallzahlen beitragen. Der Marktführer für Bordnetze, die
Leoni AG in Nürnberg, orientiert sich auch an der Natur, wenn es
darum geht, hochkomplexe Elektronik zu entwickeln, bei der
der Ausfall einer Teilfunktion nicht zum Ausfall des Gesamtsystems führen darf. Im Nervensystem bestimmter Wurmarten ist
genau das bereits erfolgreich umgesetzt.
Der Kofferfisch hat 2005 Mercedes Benz zur Entwicklung
des Bionic Car inspiriert. Das Bionic Car überzeugte durch seinen geringen Energieverbrauch und den niedrigen Luftwiderstand. Es blieb leider nur ein Modell, da die äußere Form nicht
den klassischen Vorstellungen eines modernen Autodesigns
entsprach. Das Bionic Car war wohl seiner Zeit weit voraus.
Es trug dazu bei, das Gewicht von Autos erheblich zu senken,
indem das Prinzip des Kofferfischs auf die Karosserie übertragen wurde: viel Material an den Stellen, an denen Kräfte einwirken, weniger Material dort, wo dies nicht nötig ist.
Mobilität dient nicht nur zur Fortbewegung, sondern ist
auch ein wichtiger Aspekt in der Sport- und Freizeitindustrie.
12
Auch Sportgeräte lassen sich mit Bionik noch innovativer
gestalten. Dipl.-Ing. Felix Wunner hat zusammen mit Prof.
Dr.-Ing. Udo Lindemann vom Leonardo da Vinci Zentrum für
Bionik der Technischen Universität München eine Surfbrettfinne optimiert. Eine Forelle, ein Hai und eine Astgabel haben
normalerweise wenig gemeinsam. Felix Wunner hat sich an
den Besonderheiten der Flossen von Forelle und Hai orientiert
und diese Erkenntnisse kombiniert mit der
Art und Weise, wie Äste an einem
Baum wachsen. Dank der natürlichen Vorbilder konnte
er mit iFin schließlich
ein Surfbrett entwickeln, das eine
verbesserte Manövrierfähigkeit
und eine erhöhte Reaktionsfähigkeit
zeigt.
Best Practice
Material
Neue Werkstoffe sind der Schrittmacher für Innovationen in fast allen Schlüsselbranchen, darunter die Automobilindustrie,
die Luft- und Raumfahrt, der Anlagen- und Maschinenbau, Architektur oder Energietechnik. Doch wie bringt man Innovationen
mit Neuen Materialien in ein Produkt? Das Kompetenzfeld Material der Bayern Innovativ macht Kompetenzen sichtbar, führt
Akteure aus unterschiedlichen Branchen zusammen, schließt Lücken in Wertschöpfungsketten und „beheimatet“ das neue
Themenfeld Bionik.
Sind biologische Materialien den technischen Materialien überlegen?
Die Bionik liefert im Bereich der Entwicklung neuer Werkstoffe
und Materialien immer wieder Inspiration für innovative Produkte.
Die Materialforschung interessiert sich zunehmend für die
Eigenschaften und Strukturen von Materialien in der Tier- und
Pflanzenwelt. Diese Biomaterialien können technischen Materialien in mancher Hinsicht überlegen sein. Ein Beispiel dafür sind
Strukturproteine der Seide, die von Insekten oder Spinnen produziert werden. Prof. Dr. Thomas Scheibel von der Universität
Bayreuth, ist einer der führenden Wissenschaftler bei der Entschlüsselung der Spinnenseide auf molekularer Ebene und der
Herstellung dieses Materials mittels biotechnologischer Methoden. Seine Arbeiten legten den Grundstein für das Unternehmen AMSilk, welches sich auf die Entwicklung von technischen
Produkten wie Fasern und Medizinprodukten aus Spinnenseide
spezialisiert hat. Die Faser aus künstlich hergestellter Spinnenseide ist 25 Mal so belastbar wie ein vergleichbarer Stahldraht.
Zuvor wurden die chemischen und mechanischen Prozesse,
die beim Erzeugen der Seidenfäden ablaufen, aufs Genaueste
erforscht und dann technisch nachgeahmt. Das bioinspirierte
Material ist fester als Stahl, gleichzeitig extrem elastisch und
wasserfest sowie bio- und umweltverträglich.
Die Natur ist nicht nur Vorbild für die Struktur und den
Aufbau neuer Materialien und Werkstoffe, sondern kann auch
hinsichtlich der Entwicklung optimaler Formen vielfältige Inspiration liefern. Prof. Dr.-Ing. Kai-Uwe Bletzinger vom TUM
Lehrstuhl für Statik orientiert sich bei der optimalen Auslegung
der Topologie und Anordnung der Paneele von Fertigteilschalen
aus Faserbeton an Optimierungskriterien wie sie beim Schildkrötenpanzer vorliegen.
Am Technologie Campus Freyung untersucht die BionikGruppe unter Leitung von Prof. Dr. Martin Aust zum einen die
Bionik als Methodik für Produktoptimierung und Innovation
und zum anderen, wie sich Oberflächen, speziell die von
Kunststoffprodukten nach dem Vorbild der Natur optimieren
und funktionalisieren lassen. Der Forschungsschwerpunkt der
Arbeitsgruppe Bionik liegt in der Funktionalisierung von Polymeroberflächen. In einem Verbundprojekt mit einem regionalen
Unternehmen wird an der leichten Reinigbarkeit von Karosseriebauteilen geforscht. Ziel des Projektes ist es, eine Oberflächenfunktionalisierung durch Selbstorganisationseffekte von
Additiven an der Polymeroberfläche zu erlangen.
Funktionalisierte Oberflächen nach dem Vorbild der Natur
sowie selbstheilende Oberflächen sind das Forschungsgebiet am
BZKG-Bayreuther Zentrum für Kolloide & Grenzflächen unter
Leitung von Prof. Dr. Andreas Fery.
Unter den in der Natur vorkommenden Materialien spielt das
Muschelperlmutt eine besondere Rolle. Die Biomineralien (z. B.
Molluskenschalen, Knochen, Zähne) sind biologisch optimierte
Materialien, die sich häufig durch interessante Eigenschaftskombinationen auszeichnen. Speziell die irisierende Innenseite vieler Molluskenschalen, das Perlmutt, vereint hohe Zähigkeit und
Härte in einem hierarchisch gegliederten Werkstoff. Die biologischen Prozesse, die zur Bildung dieser und ähnlicher Festkörperstrukturen führen, werden international seit vielen Jahrzehnten
mit großem Einsatz erforscht, sind aber auf der zellulären Ebene
noch weitgehend unverstanden. Prof. Dr. Dirk Volkmer vom Institut für Physik am Lehrstuhl für Festkörperchemie der Universität Augsburg erarbeitet mit seinem Team die chemischen und
physikalischen Grundprinzipien der Biomineralisation, die im
Idealfall zu biomimetischem Materialdesign führen.
Neben Selbstheilung und Funktionalisierung ist in der Natur das Prinzip der Selbststrukturierung verbreitet. Ein Beispiel
hierfür sind Bienenwaben. Die sechseckigen Waben sind nicht
nur sehr stabil, sie dienen auch der Kommunikation der Bienen, da sie Vibrationen gezielt übertragen. In der Technik kann
man die Strukturen aus der Biologie verwenden, um besonders
stabile oder Materialien mit besonderen Funktionen zu entwickeln. Eine Methode, mit der biologische Strukturen übertragen
werden können, ist das sogenannte „Bio-templating“, bei dem
beispielsweise der Aufbau von Holz in einen keramischen Stoff
übertragen wird. Die Forschung hierzu wird
in Bayern am Wissenschaftszentrum
Straubing von Prof. Dr. Cordt
Zollfrank, Leiter des Fachgebiets biogene Polymere sowie von Prof. Dr. Jürgen
Tautz, Universität Würzburg vorangetrieben,
der als Bienenforscher
weltweites Ansehen
genießt.
13
Biomimicry: A Treasure Trove of
Innovation
Biomimicry, the field that takes solutions found or inspired by nature to potential
commercial application, has the potential to transform large slices of industries
and create whole new markets in the 21st Century. By 2030, Biomimicry could
account for $ 1.6 trillion1 of total global output or gross domestic product (GDP).
Resource and pollution mitigation could amount to another $ 0.5 trillion.
In 2010, the Fermanian Business & Economic Institute (FBEI)
at Point Loma Nazarene University (PLNU) published the first
investigation and analysis of the economic potential of Bioinspiration: Global Biomimicry Efforts An Economic Game
Changer. Last year, FBEI published a follow-up study, titled
“Bioinspiration: An Economic Progress Report”, and this year
we published a special report, “Can 3D Printing Unlock Bioinspiration’s Full Potential?”
Find more information:
www.pointloma.edu
Defining Its Scope
Biomimcry, also known as biomimetics, bionics, bioinspiration, and other terms, has seen biological concepts translated
into commerce across a wide range of fields. Examples have
included the development of swimwear emulating the characteristics of shark skin, Gecko Tape that utilizes nanoscopic
hairs imitating those found on the feet of gecko lizards, and
the Japanese bullet train modeled after the kingfisher.
Biomimicry can be based on materials, designs, or systems found in nature. With the experience and improvements
of approximately 3.8 billion years of evolution, many of the
solutions found in nature are highly efficient. As concerns
about the environment and climate change mount, nature
provides potential answers through its ability to operate in
a closed system and its implicit strategy of optimization as
opposed to maximization.
14
Tracing Its Progress and Viewing Its Potential
FBEI has developed the Da Vinci Global Index™ to track developments and performance in the field of biomimicry. Based on
patent filings and scholarly articles published throughout the
world, the Index is estimated to have increased seven-fold in
2014 versus 2000. (See Figure 1.) Clusters of activity, including research facilities, education centers, and regional hubs,
are developing throughout the world. Northern Europe appears to be particularly active.
The transition of nature-generated solutions to commercial application can follow either a “push” or “pull” model. Biologists or scientists sometimes develop ideas from observing
animal or plant characteristics which they develop themselves
commercially or take to another enterprise. Alternatively,
firms may seek a solution to a specific problem and task researchers to find an answer. Nature is a treasure trove of such
solutions and a key source for innovation.
Biomimicry is making the most significant strides in chemistry, materials science, and engineering. Bioinspired products
can offer striking advantages over existing products in cutting
energy, transportation, and other costs as well as in enhancing
efficiency. The field of applications is vast, ranging from robotics to artificial intelligence to DNA for the storage of data.
Successes and Roadblocks
Our 2010 study introduced ten case studies, reporting on firms
that had taken bioinspired products to market. In 2013, we
reported on the progress of these various ventures and the results were generally positive. Firms with bioinspired products
in water mixing devices, products for preserving biological
samples, floor coverings, and paint coatings have done well.
There have been setbacks, which might not be surprising for
any new industry. One promising enterprise with a self-healing product that had potential for sealing pipeline leaks, declared bankruptcy before being absorbed by another firm.
More fundamentally, biomimicry has not experienced the
traction that might have been expected at this stage. Public
knowledge is still limited. Potential customers remain resistant
Best Practice
to change. Financial products (stocks, bonds, or mutual funds)
dedicated to the field are virtually non-existent. One lesson of
the past few years is that bioinspired products cannot stand on
their environmental links alone. They must make a compelling
economic or business case.
To become a major catalyst for change, biomimicry appears
to need a major commercial success that will capture the attention and imagination of consumers, investors, and policymakers.
Figure 1:
Da Vinci Global Index Up Seven-Fold
Since 2000
Index, 2000=100
800
700
600
Bioinspired 3D Printing
500
The combination of 3D printing and biomimicry, which we
have named bioinspired 3D printing, may be that catalyst for
change. 3D printing, or additive manufacturing, has witnessed
explosive growth over the past 20 years, with machines and
operations developing throughout the world. However, it faces
two major constraints: materials and design. Many of the inputs traditionally used in the process are synthetic, man-made,
petroleum-based, or toxic. The ability to design 3D models
that incorporate the complexity and breadth of solutions now
possible is also often lacking. Biomimicry could provide the
answers to both problems.
400
300
200
100
0
2000 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10 ‘11 ‘12 ‘13 ‘14e
Quelle: Fermanian Business & Economic Institute FBEI, Point Loma Nazarene
University San Diego CA, USA
e = estimate
Next Steps
To enable biomimicry to fulfill the promise it offers to major
sectors of the economy and regions of the world, several steps
need to be taken. Educational systems need to be changed
to incorporate biomimicry into curricula in the early years
of schooling so that society consults nature in its quest for
answers to various problems. Business leaders need to see
biomimicry as a bridge between the environment and industry
by providing solutions that are both sustainable and profitable.
Instead of separating environmental objectives of the firm into
a separate, often non-profit part of the business, they need to
be incorporated as part of the core sales and profits side.
Materials engineers and other specialists need to be aware of
the advances taking place in biomimicry, while product designers look for concepts in nature that can find new applications.
Mutual funds, exchange traded funds (ETFs), and other investment vehicles need to be developed for biomimicry. Financial
and investment performance data needs to be collected, assembled, analyzed, and disseminated.
Overall, biomimicry needs to be thought of as an entire
ecosystem. This system needs to encompass education, job
training, research, environmental science, manufacturing, distribution, communications, and government policy. The most
compelling argument for biomimicry is its ability to support
both the environment and jobs. What better proposition could
stand before us?
editorial remark: one US trillion corresponds in german to one
Billion 1012
1
Lynn Reaser
Dr. Lynn Reaser is a member of the School of Business Faculty of the Point
Loma Nazarene University (PLNU) in San Diego, California, USA and is
head of the economic research team at the Fermanian Business & Economic
Institute (FBEI) of PLNU, which has worked extensively in the rapidly
emerging and changing field of bioinspiration. The FBEI has developed The
Da Vinci Index, which is a comprehensive database to measure activity in
the field of Bioinspiration, Biomimicry, and Biomimetics and demonstrates
the huge economic potential of bioinspiration for economic applications.
Dr. Lynn Reaser was honored from the National Association for Business and
Economics (NABE) for the most accurate economic forecast in 2011-12.
Involved also in public policy, she is the Chief Economist of the Council of
Economic Advisors for California State Treasurer John Chiang, and is a
participating economist in many other leading economic gauges and surveys.
15
Bionik: Innovationstechnologie mit großem
Potenzial für viele Branchen
Bionik inspiriert! Vertreter verschiedener Branchen, angefangen von der Medizin, über
Textilhersteller und Maschinenbauer, bis hin zu Materialwissenschaftlern, Energieexperten und Architekten gaben im Rahmen des 1. Forums Bionik am 19. und 20. November 2014 in Nürnberg faszinierende Einblicke in Strategien bionischen Arbeitens.
Was macht bionisches Arbeiten aus? Welches Potenzial bietet
die Bionik für die Holz- und Textilindustrie? Wie inspiriert Bionik
Architekten und welche bionischen Ansätze ergeben sich für den
Energiebereich? Wie können Oberflächen und Materialien nach
dem Vorbild der Natur geschaffen werden? Die rund 30 hochkarätig bionisch arbeitenden und forschenden Referenten blieben
auf diese und viele weitere Fragen keine Antworten schuldig und
nahmen die 200 Kongress-Teilnehmer aus dem gesamten Bundesgebiet sowie dem deutschsprachigen Ausland mit auf einen
spannenden Exkurs in die Welt faszinierender Jahrmillionen alter
Lösungen. Fakt ist: Bionik zählt zu den 10 bedeutendsten Innovationstechnologien. Ihr kommt ein großes Potential zu bei der
Entwicklung ressourceneffizienter Produkte. Und: Deutschland
gehört im Bereich Bionik zur Weltspitze.
Global Player wie Audi, BMW, Continental, EADS oder
Siemens verfügen bereits über eigene Bionikabteilungen und
die dort entwickelten bionischen Ansätze tragen zur Innovationsfähigkeit dieser Unternehmen bei. Bionik spielt aber auch für
kleine und mittlere Unternehmen zunehmend eine wichtige
Rolle. Dieser Entwicklung trägt die Bayern Innovativ jetzt mit
der Initiierung eines neuen Themenfeldes Bionik Rechnung.
„Vor dem Hintergrund der Megatrends Ressourceneffizienz
und Nachhaltigkeit zeigen heute gerade raffinierte Methoden
aus der Tier- und Pflanzenwelt neue Wege auf, Energie und
Material einzusparen“, so Dr. Monika Wilhelm, Leiterin des
Themenfeldes Bionik der Bayern Innovativ GmbH. Für den Transfer oder die Nutzbarmachung von bionischen Entwicklungen für
die industrielle Umsetzung in Handwerk oder Mittelstand fehlten
bisher noch geeignete Strukturen und Werkzeuge. „Diese Lücke
wollen wir schließen“, so Wilhelm. Aufgrund der erprobten und
tragfähigen Netzwerke und Cluster in den Kompetenzfeldern
Gesundheit, Energie, Mobilität, Digitalisierung und Materialien
versteht sich die Bayern Innovativ GmbH auch in der Bionik als
Vermittler und Impulsgeber.
Wichtige Voraussetzung für den erfolgreichen Start des neuen
Themenfeldes Bionik war die fachübergreifende Kommunikation und Arbeit unterschiedlicher Experten, von Biologen,
Ingenieuren bis hin zu Produkt- und Prozessentwicklern. Mit der
Auftaktveranstaltung, dem Forum Bionik, fiel der Startschuss
zu weiteren Aktivitäten. Workshops über bionisches Arbeiten
16
werden Vertreter von Unternehmen und Forschungseinrichtungen mit den nötigen Kompetenzen und Werkzeugen ausstatten,
um spezifische Fragestellungen mit einem bionischen Ansatz
zu beantworten. Außerdem werden Exkursionen zu Betrieben angeboten, die sich bereits erfolgreich bionischen Ansätzen
widmen. Geplant sind zum Beispiel mehrere Veranstaltungen in
ganz Bayern, die zeigen, wie Bionik in den F&E Abteilungen von
Unternehmen und Instituten zur Produkt- und Prozessinnovation
beitragen kann und wie bionisches Arbeiten konkret aussieht. Im
Herbst 2015 organisiert der Cluster Neue Werkstoffe zusammen
mit dem Fraunhofer Institut für Silicatforschung ISC in Kooperation mit dem Fachbereich Bionik einen Cluster-Treff zum Thema
„Glas und Architektur“ in Würzburg. Dieser soll erfolgreiche, bionisch inspirierte Innovationen im Glasbereich vorstellen. Experten
aus Industrie und Forschung zeigen die neuesten Anforderungen
an Fassaden, die Nutzung der Bionik für die Entwicklung neuer
Produkte sowie innovative architektonische Maßnahmen, die mit
Blick auf Mensch und Natur für optimale Bedingungen sorgen.
Das zweite Kooperationsforum Bionik ist für Anfang 2016 geplant.
Aktuelle Informationen zu den Veranstaltungen und Aktivitäten
des Themenfeldes Bionik der Bayern Innovativ:
www.bayern-innovativ.de/bionik
„Für den Transfer von bionischen Entwicklungen für
die industrielle Umsetzung
in Handwerk oder Mittelstand fehlten bisher noch
geeignete Infrastrukturen.“
Dr. Monika Wilhelm, Leiterin des
Themenfeldes Bionik
Best Practice
Überblick:
Bionik
in Bayern
Würzburg
Bayreuth
1-Universität Bayreuth
Biopolymere: künstliche Spinnenseide und biologische Klebstoffe
Nürnberg
Biomaterialien
Prof. Dr. Thomas Scheibel,
Dr. Hendrik Bargel
2-Universität Bayreuth
Straubing
Biopolymere: Selbstheilende und
funktionalisierte Oberflächen
Freyung
BZKG-Bayreuther Zentrum für
Kolloide & Grenzflächen
Prof. Dr. Andreas Fery
3-Universität Würzburg
Augsburg
Bienen: Selbstorganisation und
selbsstrukturierende Materialien
München
BEEgroup – Biozentrum
Prof. Dr. Jürgen Tautz
4-Bionicum – Besucherzentrum
Öffentliche Vermittlung von Bionik
Bayerisches Landesamt für Umwelt
Dr. Eva Gebauer,
Dr. Ludwig Peichl
5-Bionicum – Forschung
11-Technische Universität München
Robotik und Aktuatorik
Neurobionik, bionische Sensorik
und Robotik
Leonardo da Vinci Zentrum
Prof. Dr. mult. Friedrich Pfeiffer,
Prof. Dr. Harald Luksch,
Prof. Dr. Patrick van der Smagd
Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Dr. Sigrid Leyendecker,
Prof. Dr. Jörg Franke
8-Technische Hochschule Deggendorf
Technische Hochschule Nürnberg
Prof. Dr. Peter Heß,
Prof. Dr. Rüdiger Hornfeck,
Prof. Dr. Hans Poisel
Cluster Bayonik
Prof. Dr. Martin Aust,
Kristina Wanieck
6-Bayern Innovativ GmbH
Funktionelle Oberflächen, Produktoptimierung & Innovation
9-Cluster Bayonik – Bionik Netz Bayern
12-Ludwigs Maximilian Universiät
München
Neurobionik, bionische Sensorik
und Robotik
Ameisen: Organisationsbionik und
Schwarmintelligenz
PD Dr. Volker Witte
Bionik
Bionik in der Industrie &
Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Monika Wilhelm
Kristina Wanieck
7-Wissenschaftszentrum Straubing
10-Universität Augsburg
Bioinspirierte Materialien und
Biotemplating
Biomimetische Materialien:
Muschelperlmutt
13-Internationales Bionik-Zentrum / Stiftung Bionik München/Saarbrücken
Fachgebiet Biogene Polymere
Prof. Dr. Cordt Zollfrank
Lehrstuhl für Festkörperchemie
Prof. Dr. Dirk Volkmer
Öffentliche Vermittlung von Bionik
Knut Braun
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Das Nürnberger Bionicum –
Besucherzentrum und Forschungsverbund
Mit dem Bionicum wurde in Bayern ein Kompetenzzentrum für Bionik – einem Wissenschafts- und Technologiefeld mit erheblichem Innovationspotenzial – geschaffen.
Das vom Bayerischen Umweltministerium finanzierte und vom Landesamt für Umwelt
in Augsburg koordinierte Gesamtprojekt unterstützt die Forschung in Bayern und
macht Bionik für den Laien erlebbar. Die Fäden laufen dabei in Nürnberg zusammen.
Dort befassen sich die Universität und die Technische Hochschule in verschiedenen
Forschungsprojekten mit konkreten technischen Umsetzungsmöglichkeiten. Gleichzeitig
ist mit dem Bionicum Besucherzentrum im Tiergarten Nürnberg eine bayernweit
einmalige Ausstellung zum Erfindungsreichtum der Natur entstanden.
Im Naturkundehaus des Tiergartens haben Besucher seit Juli
2014 die Möglichkeit, sich umfassend und interaktiv rund um
das Thema Bionik zu informieren. Die Ausstellung „Ideenreich Natur“ im Besucherzentrum zeigt neben den Klassikern
wie Lotus- oder Haihauteffekt besonders auch hochaktuelle
und bisher wenig bekannte Technologien. Die moderne und
grafisch ansprechend gestaltete Ausstellung ist dazu in sieben
permanente Bereiche gegliedert, die von den Themen
„Stabil bauen“ über „Molekulare Bionik“ bis hin zur „Schwarmintelligenz“ reichen. Zudem dient ein Bereich als Wechselausstellung für aktuelle Themen wie beispielsweise der
Forschung zur Bionik in Bayern.
Großformatige Grafiken, Originalexponate, zwei Terrarien
und ein Roboter erschließen die einzelnen Facetten der Bionik
leicht und spielerisch. Jedes Thema können die Besucher auf
18
einer zentralen Insel nochmals anhand von Experimentierstationen selbst erforschen.
Der Forschungsverbund „Bionicum Forschung“ nutzt die Stärken
des Forschungsstandortes Nürnberg in der Mechatronik.
Der Forschungsverbund Bionicum Forschung ist mit insgesamt drei Forschungsprojekten an der Friedrich-AlexanderUniversität Erlangen-Nürnberg und der Georg-Simon-Ohm
Hochschule Nürnberg vertreten. Schwerpunkt der Projekte
ist die Frage, wie Bewegungen bionisch erzeugt werden können, damit Energie und Materialien bei der Herstellung und
im Betrieb effizienter eingesetzt werden. Dazu werden etwa
Muskeln, Bewegungsabläufe in Spinnenbeinen und Blütenbewegungen untersucht. Die Stärken des Forschungsstandortes
Best Practice
Nürnberg in der Mechatronik werden hierbei gezielt für die für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik
an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.
Bionik genutzt.
Das Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung künstlicher
Muskeln auf Basis von dielektrischen Elastomeren. Aufgebaut
Die Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung sind dabei so
nach dem Vorbild des natürlichen Muskelgewebes sind diese
überzeugend, dass ein erster Prototyp eines hydraulischen
Kunststoffe in der Lage, eine Beuge- und Streckbewegung
Gelenkmechanismus bereits als Patent angemeldet werden
auszuführen. Die Bewegung wird dabei durch Umwandlung
konnte.
von elektrostatischer in mechanische Energie erzeugt. Gelingt
Wissenschaftler der Fakultät Maschinenbau und Versorgungs- es die Produktionsprozesse, Steuerung und Anwendbarkeit
technik an der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon der künstlichen Muskeln weiterhin zu optimieren, können
Ohm forschen an der Entwicklung eines neuartigen Spinnen- schon bald erste gewöhnliche Antriebe in der Robotik durch
roboters mit hydraulischer Beinbewegung. Der Laufroboter soll künstliche Muskeln ersetzt werden.
in Katastrophengebieten eingesetzt werden und in der Lage
sein, gefährliche Umgebungen auch auf unebenem Gelände zu Da bis zu einem Viertel des Stroms tagsüber für die Beleuchtung
erkunden. Vorbild ist die Beinbewegung von Spinnen. Deren von Innenräumen verbraucht wird, könnte mit dem Sollektor
Beine werden hydraulisch gestreckt, indem sie Flüssigkeit in des Forschungsprojekts BIOSOL der Einsatz elektrischer Beleuchdie Gliedmaßen pumpt, die Beugung erfolgt durch Muskeln. tung bei Sonnenschein tagsüber zum Teil überflüssig werden.
Die bionische Umsetzung dieses Prinzips bedeutet einen geringeren Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Laufrobo- Der Sollektor des Forschungsprojekts BIOSOL am Anwendungstern mit elektrischem Antrieb, da der Roboter leichter ist zentrum für optische Polymerfasern der Technischen Hochund weniger Reibungsverluste entstehen. Die Ergebnisse schule Nürnberg Georg Simon Ohm ermöglicht es, Sonnenaus Forschung und Entwicklung sind dabei so überzeugend, licht direkt zu „ernten“. Er bündelt Sonnenlicht, das in eine
dass ein erster Prototyp eines hydraulischen Gelenkmecha- lichtleitende Faser einkoppelt und damit in Innenräume
nismus bereits als Patent angemeldet werden konnte.
geleitet wird. Am anderen Ende des Kabels kann das Licht
durch spezielle Leuchtelemente genutzt werden. Der bionische
Gelingt es die Produktionsprozesse, Steuerung und Anwend- Ansatz machte es möglich, diese Technik weiter zu verbessern
barkeit der künstlichen Muskeln weiterhin zu optimieren,
und so effizient wie nur möglich zu nutzen. Die Ingenieure
können schon bald erste gewöhnliche Antriebe in der Robo- entwickelten nach dem Vorbild des menschlichen Auges eine
tik durch künstliche Muskeln ersetzt werden.
Konzentratoroptik in Komponentenbauweise, die von vornherein
eine hohe Präzision der Lichtbündelung ermöglicht. Nach dem
Das gleiche Ziel – Roboter leichter, sicherer und energiespa- Vorbild der Blütenbewegungen bei Pflanzen, werden feinste
render zu machen – verfolgt die Arbeitsgruppe am Lehrstuhl Abweichungen der Lichtleiter zum Fokuspunkt durch eine
photoreaktive Aufhängung der Lichtleiter selbständig ausgeglichen. An der Schnittstelle zwischen Konzentratoroptik und
Faser geht bislang eine hohe Lichtleistung verloren.
Da bis zu einem Viertel des Stroms tagsüber für die Beleuchtung von Innenräumen verbraucht wird, könnte mit
dieser Methode der Einsatz elektrischer Beleuchtung bei
Sonnenschein tagsüber zum Teil überflüssig werden.
19
TRENDS
Bionik
Top Ten der neu entdeckten
Tierarten 2014
Jedes Jahr werden neue Tier- und
Pflanzenarten entdeckt. Das International Institute for Species Exploration in Syracuse USA unterstützt die
Erforschung und exakte Beschreibung aller Tier- und Pflanzenarten der
Erde und entwickelte moderne ITgestützte Werkzeuge und Datenbanken. Aus 18.000 im Jahr 2013 neu
entdeckten Arten werden jedes Jahr
10 Tier- und Pflanzenarten ausgewählt und der Öffentlichkeit präsentiert.
Für 2014 sind die Top Ten:
•Olinguito (Bassaricyon neblina)
•Kaweesak's Dragon Tree
(Dracaena kaweesakii)
•Andrill Anemone
(Edwardsiella andrillae)
•Skeleton Shrimp (Liropus minusculus)
•Orange Penicillium
(Penicillium vanoranjei)
•Leaf-tailed Gecko (Saltuarius eximius)
•Amoeboid Protist
(Spiculosiphon oceana)
•Clean Room Microbes
(Tersicoccus phoenicis)
•Tinkerbell Fairyfly
(Tinkerbella nana)
•Domed Land Snail
(Zospeum tholussum)
Literatur-Tipp:
„TRIZ und Bionik – Neue Wege zur Innovation“
Hans-Jochen Günther
Technische Probleme zu analysieren und kreative Lösungen für sie zu finden,
das sind die Kennzeichen von TRIZ, einer Methodensammlung zur erfinderischen Problemlösung. Um die Optimierung technischer Abläufe geht es
auch in der Bionik. Diese Methode hat das Verständnis evolutionärer
Strategien enorm erweitert. Sie nutzt Anregungen aus der Biologie für kreative technische Lösungen. Dadurch ist es der Forschung und Entwicklung heute in vielen Bereichen möglich, der genialen Erfinderin Natur auf
die Finger zu schauen und von ihr zu lernen. Der Autor des vorliegenden
Buches, Hans-Jochen Günther, führt die beiden Konzepte TRIZ und Bionik
zusammen: Anhand zahlreicher anschaulicher Beispiele aus Ökonomie
und Wissenschaft entwickelt er eine Methode zur Generierung und Bewertung technischer Innovationen nach biologischem Vorbild. Die konsequente Anwendung der Methoden TRIZ (zur Ermittlung innovativer Lösungen)
und Bionik (zur Adaption technischer an biologische Verfahren) auf
Produkte und Unternehmensprozesse führt zu einem erstaunlichen Resultat:
Indem sich die Produktlebenslinien der Natur annähern, werden innovative Entwicklungen effektiver und umweltschonender. Ein Win-WinSzenario mit nachhaltigen Folgen.
Mit der Taktik des Bombardierkäfers gegen Vandalismus
Forscher um Wendelin Jan Stark von der ETH Zürich ließen sich vom
Bombardierkäfer inspirieren und entwickelten einen chemischen Abwehrmechanismus, der Vandalismus verhindern soll. Sie verwendeten dafür
Kunststofffolien mit einem Wabenmuster. In die Hohlräume der einen Folien
füllten sie Wasserstoffperoxid, in die andere Mangandioxid und klebten
die Folien aufeinander. Eine Schicht Klarlack trennt die beiden Folien. Bei
einem Stoß zerbricht die Trennschicht, die beiden Chemikalien mischen
sich und es kommt zu einer heftigen Reaktion. Resultat ist ein Schaum, der
80 Grad heiß wird. Die neu entwickelte Folie könnte sich besonders
gut für den Schutz von Bankomaten oder Geldtransporten eignen, schreiben
die Forscher in ihrem Paper, das im „Journal of Materials Chemistry A“
erschienen ist.
red/APA, derStandard.at, 11.04.2014
Rosenblüten inspirieren
Optimierung von Tintenstrahldruckern
Oberflächen, auf denen Wasser abperlt haben das wohl bekannteste
bionische Konzept hervorgebracht,
den Lotus Effekt. In der Natur
haben sich aber auch Oberflächen entwickelt, auf denen Wassertropfen beinahe wie festgeklebt haften
bleiben. Bestes Beispiel hierfür:
die Blütenblätter der Rose. Unter
dem Rasterelektronenmikroskop
erkennt man eine komplexe Oberflächenstruktur mit vielen kegelförmigen Zapfen, die die Blütenblattoberfläche gleichmäßig
überziehen. Auf diesen Zapfen sind
feine Nanostrukturen erkennbar.
Diese sogenannte hierarchische Topografie ist die Ursache für die hohen
Haftkräfte. Forscher der Singapore University of Technology and
Design inspirierte dies zu einer
wesentlichen Optimierung des Druckkopfes von Tintenstrahldruckern.
Eine nach dem Rosenblatt entwickelte Anti-Tropf-Schicht im Druckerkopf, die kostengünstig mittels Rolldruck-Verfahren in Kunststoffe
gepresst werden kann, macht Tintenstrahl-Prozesse noch exakter,
ermöglicht höhere Bildauflösungen
und macht chemische Beschichtungen überflüssig
„Bioinspired Ultrahigh Water Pinning
Nanostructures“, Jaslyn Bee Khuan
Law et al.; Langmuir, DOI: 10.1021/
la4034996
BIOKON e. V. mit neuer Vorsitzenden
Der Vorstand des Bionik-Kompetenznetzes e.V. (BIOKON) hat Prof. Dr. Antonia Kesel (Hochschule Bremen) zur neuen Vorsitzenden gewählt. Von der
Mitgliederversammlung der Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik
e.V. (GTTB) an der Hochschule Bremen wurde sie für weitere vier Jahre im
Amt der Vorsitzenden bestätigt. Ihr Stellvertreter ist der Geschäftsführer der
baden-württembergischen Sachs engineering GmbH, Wolfgang Sachs. In
dem gemeinnützigen Verein arbeiten Wissenschaftler eng mit Unternehmen
zusammen, um biologische Konstruktions- und Entwicklungsprinzipien
effektiv auf Materialien, Strukturen oder technische Verfahren zu übertragen.
Zu den Aufgaben, die in den kommenden vier Jahren vor dem BIOKON e.V.
liegen, zählen eine schnellere Überführung von wissenschaftlichen Entwicklungen in die Wirtschaft, die Verstärkung der europaweiten Vernetzung
von Bionik-Experten sowie die Erschließung neuer Forschungs- und Kooperationsfelder.
Flick-Flack-Spinne steht
für Mars-Mission Modell
Unglaublich was der Achtbeiner namens Cebrennus rechenbergi alles
kann: Bei dieser 2009 von dem Bioniker und Namensgeber Ingo
Rechenberg in Marokko entdeckten,
bis dahin vollkommen unbekannten
Spinnenart handelt es sich um einen
wahren Meister im Flick-Flack.
Durch ihre atemberaubenden Sprünge
kann die Spinne ihre Geschwindigkeit blitzschnell verdoppeln und
ihren Fraßfeinden den Appetit
verderben. Eine Taktik, die den Bioniker Rechenberg zu einer Maschine
für mögliche Mars-Missionen inspirierte.
Quelle: Deutsche Wirtschaftsnachrichten, 04.11.2014.
21
TRENDS
Bionik
„Edag light Cocoon“ – Ultimativer Leichtbau nach dem
Vorbild der Natur
Der „EDAG Light Cocoon“ ist ein visionärer Ansatz eines kompakten Sportwagens mit einer umfassend bionisch optimierten und generativ gefertigten
Fahrzeugstruktur, die mit einer Außenhaut aus wetterbeständigem Textil
kombiniert wird. Das ist die technische Seite. Das Ergebnis ist ein bewusster Bruch mit bestehenden Paradigmen. Der „EDAG Light Cocoon“ soll
bestehende Denkmuster in der Fahrzeugkonzeption aufbrechen.
Für dieses visionäre Konzept hat EDAG eine Partnerschaft mit dem
Outdoor-Spezialisten Jack Wolfskin aufgebaut. Sein extrem leichtes
Outdoor-Textil „TEXAPORE SOFTSHELL O2+“ schützt den „EDAG Light
Cocoon“ vor Witterungseinflüssen. Die skelettartige, organische Fahrzeugstruktur wird durch eine hinter der Stoffaußenhaut installierte LEDBeleuchtungstechnik sichtbar gemacht und setzt den eigenständigen,
neuartigen Look perfekt in Szene. „Wir verfolgen die Vision der Nachhaltigkeit – so wie es uns die Natur vormacht: leicht, effizient, ohne Verschwendung und im Ergebnis deutlich gewichtsreduziert“, erläutert EDAG
Chef-Designer Johannes Barckmann.
EDAG Engineering GmbH
BIONIK, Zukunfts-Technik
lernt von der Natur
Die Natur als Inspirationsquelle für
technische Innovationen nutzen: Das
macht das interdisziplinäre Wissenschaftsfeld der BIONIK aus. Als bisher
einziges deutschsprachiges Museum
widmet sich das TECHNOSEUM
diesem spannenden und zukunftsträchtigen Thema in einer interaktiven Dauerausstellung. Zu sehen
sind die Bereiche Nutzen und Schonen – Fliegen und Schwimmen –
Erkennen – Bauen – Laufen, Greifen,
Haften – Falten und Optimieren. Ein
umfangreiches Experimentierangebot,
Vortrags- und Kongressveranstaltungen – wie jetzt der 2. Bionik-Kongress Baden-Württemberg – runden
das Angebot ab.
Weitere Informationen unter:
www.technoseum.de/ausstellungen/
bionik
Bionic Learning Network 2015: Festo nimmt Schmetterlinge, Ameisen und das Chamäleon unter die Lupe
Im Bionic Learning Network, dem Verbund von Festo mit Hochschulen, Instituten
und Entwicklungsfirmen, haben Ingenieure technische Konzepte und industrielle Anwendungen nach dem Vorbild der Natur erforscht und weiterentwickelt.
Die Projekte BionicANTS, eMotionButterflies und FlexShapeGripper veranschaulichen, wie die vernetzte Kommunikation einzelner Systeme zu einem intelligenten Gesamtsystem verschmelzen kann. Für die BionicANTs hat Festo nicht nur
die filigrane Anatomie, sondern auch das kooperative Verhalten der Ameisen in
die Welt der Technik übertragen. Auf abstrahierte Weise liefert dieses kooperative Verhalten interessante Ansätze für die Fabrik von morgen. Die von Festo
entwickelten eMotionButterflies veranschaulichen komplexe Themen der zukünftigen Produktionswelt wie Funktionsintegration, Ultraleichtbau und die vernetzte und in Echtzeit optimierte Kommunikation einzelner Systeme. Inwieweit virtuelle und reale Welten zusammen wachsen können, wird bei den ästhetisch
wirkenden bionischen Schmetterlingen deutlich. Die Koordination der einzelnen
Flugobjekte ist durch ein externes und gut vernetztes Leit- und Monitoringsystem
autonom und sicher möglich. Durch die eingesetzte Kommunikations- und
Sensortechnologie, die ein Indoor GPS-System darstellt, sind die Schmetterlinge
zu kollisionsfreiem und kollektivem Verhalten fähig. Die Kombination aus integrierter Elektronik und ausgelagerter Kamera-Technik und Leitrechner ermöglicht
Prozessstabilität durch ein intelligentes Leit- und Monitoringsystem. Das Projekt FlexShapeGripper basiert auf der Technik des Chamäleons, das verschiedenste
Insekten fängt, indem sich seine Zunge über die jeweilige Beute stülpt und
sie sicher umschließt. Der FlexShapeGripper nutzt dieses Prinzip, um unterschiedlichste Objekte formschlüssig zu greifen. Diese Funktionsintegration ist eine
Möglichkeit, wie sich Systeme und Komponenten in Zukunft selbst an verschiedene Szenarien anpassen können. Außerdem zeigt das Projekt, wie Festo aus
der Natur neue Erkenntnisse für das Kerngeschäft der Automation gewinnt.
Weitere Infos: www.festo.com/bionik
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90403 Nürnberg
T +49 911-20671-0
[email protected]
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Nicola Socha
Autoren
Knut Braun, Dr. Eva Gebauer,
Dr. Lynn Reaser, Nicola Socha,
Dr. Monika G. Wilhelm
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Produktidee später erfolgreich am Markt durchsetzt? Der Schlüssel
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