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Knochen verfügen über eine hohe Stabilität - Quelle: Pixabay

Stahl ist ein vielfältig eingesetztes Material, denn es kann je nach Zusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Als Stahl werden metallische Legierungen bezeichnet, deren Hauptbestandteil Eisen ist. So kann Stahl in Form von z.B. Weißblech zu Konservendosen verarbeitet werden. Hier hat es die Eigenschaften weich und flexibel. Ebenso kann es aber auch hart und spröde sein, wie z.B. bei Messern. Stahllegierungen werden u.a. in Brücken, Flugzeugen und für Gleise und Züge eingesetzt. Stahllegierungen sind zwar flexibel und äußerst widerstandsfähig, doch zyklische Belastungen können das Material ermüden lassen. Risse entstehen, dehnen sich aus und schließlich kommt es zum Bruch. Dem lässt sich nur durch Wartung und Austausch entgegenwirken. ...weiterlesen "Bionik: Stahl nach dem Vorbild von Knochen"

Blutsauger: Bettwanze - Quelle: Wikimedia
Bettwanze by "CDC/ Donated by the World Health Organization, Geneva, Switzerland." [Public domain], via Wikimedia Commons
Protein der Bettwanze hemmt die Blutgerinnung

Herz- und Kreislauferkrankungen sind heute die häufigste Todesursache in der westlichen Welt. Rund 17 Millionen Menschen sterben weltweit an Herzkrankheiten und Schlaganfällen.
Herz- und Kreislauferkrankungen beginnen oft mit Bluthochdruck und Arterienverkalkung. Letztere bezeichnet der Mediziner in der Fachsprache als Arteriosklerose. Ein ständig erhöhter Druck in den Arterien führt dazu, dass die Arterien sich erweitern und somit ihre Elastizität verlieren. An den Arterienwänden lagern sich im Laufe der Zeit Fett und Kalkstoffe ab, wodurch die Gefäße immer enger werden. Eine Folge dieser Arterienverkalkung sind Durchblutungsstörungen. Ist ein solches verkalktes Gefäß vollständig verstopft, so hat sich an der Engstelle ein Blutgerinnsel, welches man auch als Thrombus bezeichnet, gebildet. Der Blutpfropfen blockiert den Blutfluss und die Versorgung der Organe mit Sauerstoff ist gestört oder unterbrochen. Geschieht dies im Bereich des Gehirns, spricht man von einem Hirnschlag oder Schlaganfall. Bei einem Herzinfarkt hingegen sind die Herzkranzgefäße, welche das Herz mit Sauerstoff versorgen, verstopft. Eine Lungenembolie entsteht durch einen Verstopfung eines Blutgefäßes in der Lunge. ...weiterlesen "Bionik: Tierisches Protein gegen Herzinfarkt, Schlaganfall und Lungenembolie"

Fruchtfliegen - Quelle: Pixabay
Fruchtfliegen - Quelle: Pixabay

Für die meisten sind sie nur lästig – Fliegen. Der bionischen Forschung bringen sie jedoch wichtige Erkenntnisse ein. Fliegen sind ein beliebtes Forschungsobjekt von Biologen und Genetikern. Denn sie lassen sich leicht halten, züchten und vermehren sich rasch. Zu den Standard-Untersuchungsobjekten in der genetischen Forschung zählt die Fruchtfliege Drosophila melanogaster. Drosophila wird zwei bis drei Millimeter lang, ist gelbbraun und hat rote Augen. Weltweit sind mehr als 3000 Fruchtfliegenarten bekannt. Davon leben etwa 50 Arten in Deutschland. Umgangssprachlich bezeichnet man die kleinen Fliegen gerne als „Obstfliegen“, da sie von faulenden Früchten und Getränkeresten in offenen Gläsern und Falschen angezogen werden. Die Weibchen der Taufliegen legen bis zu 400 Eier in gärende Pflanzenstoffe oder andere Substrate ab, die als spätere Nahrung für die Larven dienen. Die Larven durchlaufen drei Madenstadien. Der Zeitraum vom Ei bis zur fertig entwickelten Fliege liegt bei etwa 14 Tagen. Manchmal spricht man auch von „Taufliegen“, da sie meistens morgens und abends – also zu Zeiten, in denen sich häufig Tau niederschlägt – umherfliegen. ...weiterlesen "Bionik: Von Fliegen lernen"

Nebeltrink-Käfer
Nebeltrink-Käfer by Schnobby (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons
Wasser ist das wichtigste Lebensmittel des Menschen, ohne das er nicht überleben kann. Mindestens ein halber Liter wird täglich benötigt, mit zwei Litern pro Tag erleidet man keinen Durst. Diese Wassermenge kann auch in sehr trockenen Gebieten noch der Luft entzogen werden – vorausgesetzt es stehen ausreichend Kühlmöglichkeiten und Energie zur Verfügung. ...weiterlesen "Bionik: Wassergewinnung nach Art des Nebeltrinker-Käfers"

Ohr - Quelle: Pixabay
Hörschäden und Schwerhörigkeit - Quelle: Pixabay

Cochlea-Implantat eröffnet tauben Menschen die Hörwelt
Hörschäden können sowohl angeboren als auch in Form der Altersschwerhörigkeit erworben sein. Ist der Hörnerv intakt, hilft ein Hör-Implantat. Allein in Deutschland leiden schätzungsweise rund 15 Millionen Menschen unter einer eingeschränkten Hörfähigkeit. Die Ursachen hierfür sind vielfältig und reichen von der Altersschwerhörigkeit über Infektionen bis hin zu chronischen Lärmschädigungen durch Beruf und Alltag. Schwerhörigkeit oder gar Taubheit kann aber auch angeboren sein. Für taub geborene Kinder hat die Unfähigkeit Laute und Töne wahrzunehmen weitreichende Folgen. Denn ohne Gehör entwickelte sich auch keine Sprachfähigkeit. ...weiterlesen "Bionische Hörprothese gegen Schwerhörigkeit"

Gecko-Pfote - Quelle: Pixabay
Gecko-Pfote - Quelle: Pixabay

Roboter werden immer dort eingesetzt, wo gefährliche Arbeiten verrichtet werden müssen. Auch in unzugänglichen Bereichen, wie engen Schächten und Rohren schicken Ingenieure gerne Maschinen.
Das Problem beim Klettern besteht darin, dass je steiler das zu erklimmende Objekt ist, desto näher muss der Körper des Kletterers an dem Objekt anliegen. Dies schränkt die Bewegungsmöglichkeiten der Extremitäten stark ein. Die Natur löst dieses Problem auf unterschiedlichen Wegen, die aber alle auf ähnlichen Prinzipien beruhen. ...weiterlesen "Bionische Kletter-Roboter: Inspiriert von tierischen Kletterern erklimmen sie Industrieanlagen"

Baggerschaufel, Quelle: Pixabay
Baggerschaufel, Quelle: Pixabay

Maulwurf- und Ameisenbär-Krallen sind Vorbilder für Schaufellader
Grabende und kletternde Tiere mit entsprechenden Krallen dienen als Vorbild zur Verbesserung von technischen Grabgeräten und Baumaschinen.
Zum Graben von Tunneln und Gängen sowie dem Aushub von Bauuntergrund zur Errichtung von Häusern und Gebäuden verwendet man Bagger mit Schaufeln. Sie ähneln den Grabschaufeln eines Maulwurfs. Denn beide Schaufeln sind verhältnismäßig groß und verfügen am Ende über lange Krallen. Mit Hilfe der Baggerschaufel wird das Gestein ausgehoben. Der Maulwurf hingegen schiebt es an seinem Körper vorbei nach hinten und türmt es dann in Form der bekannten Maulwurfshügel an die Erdoberfläche auf. ...weiterlesen "Bionische Optimierung von Baggerschaufeln"

natürliche Verpackung: Bananenschalen - Quelle: Pixabay
Natürliche Verpackung: Bananenschalen - Quelle: Pixabay

Was Verpackungsingenieure von der Natur lernen können
Die Verpackungstechnik kann vieles von den Verpackungskonstruktionen und -prinzipien der Natur abschauen und lernen. Schalen, wie Eierschalen, Bananenschalen und Nussschalen sollen in erster Linie die Pflanzen und Tiere im Inneren vor Umwelteinflüssen und Fressfeinden schützen. Dabei arbeitet die Natur stets mit optimierten Struktur- und Materialeigenschaften unter hoher Energieeffizienz mit maximalem Wirkungsgrad. ...weiterlesen "Bionische Verpackungstechniken für Konsumgüter"

Buntsprecht - Quelle: Pixabay
Buntsprecht - Quelle: Pixabay

Warum bekommt der Specht beim Hämmern keine Kopfschmerzen? Die Antwort: Kopf- und Schnabelbau wirken wie Stoßdämpfer.
Der Specht gehört zum Wald. Im Volksmund nennt man ihn auch „Zimmerer der Wälder“, denn er sit der einzige Vogel, der seine Höhlen in Bäume hämmert. Aber der Specht zimmert nicht nur Höhlen – auch seine Nahrung findet er in der Baumrinde. Um die in oder unter der Baumrinde lebenden Insekten aufzuspüren, klopft er die Rinde mit seinem Schnabel gezielt ab. Springt die Rinde unter den mechanischen Belastungen, hat der Specht sein Ziel erreicht. Nun kann er die Holz-Insekten aus ihrem Versteck holen. ...weiterlesen "Bionischer Stoßdämpfer nach Specht-Art"

Schlangenstern
Schlangenstern by Olaf Tausch (Own work) [GFDL or CC BY 3.0], via Wikimedia Commons
Das Mikrolinsen-System der Schlangensterne ist Vorbild für neue optische Systeme. Schlangensterne, Ophiuroidea, gehören zu den Stachelhäutern, zu denen auch Seesterne und Seeigel zählen. Sie leben in bis zu 7000 Metern Meerestiefe. Als nahe Verwandte der Seesterne besitzen Schlangensterne ebenfalls fünf Arme, die unter anderem der Fortbewegung dienen. Verlieren Sie einen ihrer Arme an einen Fressfeind, so können sie den Arm nachwachsen lassen, ähnlich wie der Axolotl. ...weiterlesen "Biosensorik: Sehen mit den Armen"

Roboter "Asimov" - Quelle: Pixabay
Roboter "Asimo" - Quelle: Pixabay

Wissenschaftler entwickeln Algorithmen mit deren Hilfe Computer und Roboter autonom lernen und handeln. So ist es Forschern gelungen, einen Roboter zu entwickeln, der durch beobachten und ausprobieren sich selbständig Wissen aneignet. Dazu sammelt der Roboter zunächst über Sensoren Daten aus seiner unmittelbaren Umgebung. Aus diesen Daten errechnet er ein Modell, welches ihm das wahrscheinlichste Verhalten von zum Beispiel einem Objekt in seiner Nähe liefert. ...weiterlesen "Computer lernen denken: Maschinelle Lernverfahren werden stetig besser"

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Gießkannenschwamm, Quelle: commons.wikimedia.org
Wie viele Tiefseeorganismen, bergen Glasschwämme viele ungelöste Geheimnisse der Natur. Die meisten Schwämme besitzen – im Unterschied zu dem wohl bekanntesten Schwamm, dem Badeschwamm – ein festes Skelett. Das der Glasschwämme besteht aus Biosilikat, also biogenem Opal. Somit sind diese Lebewesen in der Lage ein anorganisches Material zu synthetisieren.
...weiterlesen "Der Gießkannenschwamm: Glasbaumeister der Tiefsee"

Vogelschwarm (Gänse) - Quelle: Pixabay
Vogelschwarm (Gänse) - Quelle: Pixabay

Viele Tiere nehmen noch andere Eindrücke aus unserer Umwelt auf, die der Mensch nicht wahrnehmen kann. So verfügt der Mensch über die fünf Sinn mit denen er sehen, hören, riechen, schmecken und fühlen kann. In vielen dieser Bereiche sind Tiere dem Menschen überlegen. So sehen einige Infrarotstrahlen oder hören Ultraschalltöne. Viele Fische besitzen den Elektrosinn und Zugvögel einen Magnetsinn. Diese Fähigkeit findet sich auch bei Blindmäusen, Haustauben, Meeresschildkröten, Haien und wahrscheinlich Walen. Die Tiere besitzen in verschiedenen Organen, wie Schnabel, Auge oder in speziellen Nervenzellen, Spuren des Minerals Magnetit. Das natürlich vorkommende Eisenoxid wird auch zur Herstellung von Kompassnadeln verwendet. ...weiterlesen "Der innere Kompass: Orientierung am Erdmagnetfeld"

Warnschild: Elektrische Spannung - Quelle: Pixabay
Warnschild: Elektrische Spannung - Quelle: Pixabay

Einigen Fischen dient zur Orientierung in trübem Wasser ein selbst erzeugtes elektrisches Feld. Die Elektroortung funktioniert auf ähnlich wie bei Fledermäusen mit Ultraschall. Der Elektrosinn macht besonders Sinn für Lebewesen, die nachtaktiv sind oder in sehr trübem Wasser leben. Manche Arten sind in der Lage winzige Beutetiere von etwa zwei Millimetern Größe zu orten. ...weiterlesen "Elektroortung: Der elektrische Sinn der Elektrofische"

Charles Darwin - Quelle: Pixabay
Charles Darwin - Quelle: Pixabay

Viele technische Prozesse laufen nach einem der biologischen Evolution ähnlichen Prinzip ab. Die Natur hat in ihrer Jahrmillionen andauernden Evolutionsgeschichte perfekt an die Umwelt angepasste Organismen hervorgebracht. Der Wissenschaftszweig Bionik versucht diese Errungenschaften der Natur für den Menschen nutzbar zu machen.

Technische Optimierungsverfahren
Die ständige Verbesserung von Bauteilen und Produkten sind für das produzierende Gewerbe und die Industrie unablässig, um konkurrenzfähig zu bleiben. Somit durchlaufen Bauteile und chemische Mischungen von Substanzen, wie zum Beispiel Kaffee- oder Gewürzmischungen, einen aufwendigen und teuren Optimierungsprozess bis sie zur Marktreife kommen. Die Praxis hat gezeigt, dass evolutionäre Algorithmen gegenüber herkömmlichen mathematischen Verfahren häufig bessere Ergebnisse liefern. ...weiterlesen "Evolutionsstrategie: Technische Optimierungsverfahren nach Darwin-Art"

Marienkäfer mit entfalteten Flügeln - Quelle: Pixabay
Marienkäfer mit entfalteten Flügeln - Quelle: Pixabay

Faltstrukturen dienen dem Schutz, der Stabilität und der Platzersparnis. Im Grunde beruhen sämtliche Wachstumsprozesse auf dem Entfalten von Strukturen: Blüten entfalten ihre Blätter, Schmetterlinge entfalten ihre Flügel, wenn sie aus der Puppe schlüpfen und zum ersten Flug ansetzen, die menschliche Lunge entfaltet sich kurz vor der Geburt, selbst die Zellteilung verläuft unter der Entfaltung von Membranen.

...weiterlesen "Faltstrukturen aus der Natur: Modulare Faltmöbel und Verpackungsmaterialien"

Blauer Morphofalter, Quelle: Pixabay
Blauer Morphofalter, Quelle: Pixabay

Schmetterlingsflügel: Vorbild für effektivere Solarzellen und Kosmetika
Farben werden nicht allein durch Pigmente erzeugt. In einigen Fällen arbeitet die Natur mit physikalischen Tricks, um eine besondere Farbenpracht hervorzubringen.
Metallisch schillernde Regenbogenfarben, wie man sie auf der Haut von Seifenblasen oder auf Ölflecken beobachten kann, werden durch Lichtbrechung und Interferenzen erzeugt. Dieses optische Phänomen nennt man irisieren. Der Begriff leitete sich von dem griechischen Wort für „Iris“ ab und wird gleichbedeutend mit „Regenbogen“ verwendet. ...weiterlesen "Farbeffekte durch Nanostrukturen"

Kreidetafel "Bionik", Quelle: Pixabay

Seit dem Wintersemester 2015/2016 bietet die Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar) das Fernstudium Konstruktionsbionik an. Der 6-semestriege Aufbaustudiengang folgt einem Blended-Learning-Konzept, wobei sich Selbstlernphasen mit Präsenzphasen abwechseln.
Das Zusatzstudium soll dazu beitragen, dass Produkte und Prozesse mit Hilfe bionischer Ansätze effektiver werden und Ressourcen schonen. Beispiele für solche Produkte sind Winglets an Flugzugtragflächen, die den Treibstoffverbrauch senken oder Leichtbauteile, die sich an Baumstrukturen orientieren. Ziel ist es, dass Produktentwickler gemeinsam mit Biologen an neuen Lösungen arbeiten, die von der Natur inspiriert werden. ...weiterlesen "Fernstudium Konstruktionsbionik"

Technische Anwendungen des Funktionsprinzips „Fischflosse“
In der Automatisierungstechnik ist die Bionik auf dem Vormarsch. Moderne Anlagen und Roboter greifen auf natürliche Vorbilder zurück.

Fisch - Quelle: Pixabay
Fisch - Quelle: Pixabay

Fischflossen verhalten sich unter seitlicher Druckeinwirkung unerwartet: Drückt man beispielsweise mit dem Finger leicht gegen die Schwanzflosse einer Forelle, so knickt diese nicht wie erwartet in Druckrichtung weg, sondern die Flosse bewegt sich entgegen der Druckrichtung zum Finger hin. Diesen Effekt bezeichnet man als Fin Ray Effect®.
Der patentierte Flossenstrahl-Effekt beruht auf der Struktur der einzelnen Flossenstrahlen. Diese bestehen jeweils aus zwei festen Streben, die an der Spitze zusammenlaufen und dort fest verwachsen sind. Die beiden Streben bilden ein spitzwinkliges Dreieck. Zwischen den zwei biegeelastischen Flanken befinden sich Querstreben, welche die Flanken auf Abstand halten und elastische Bewegungen ermöglichen. ...weiterlesen "Fin Ray Effect – Flossenstrahl-Effekt"

Fischartige Bioroboter sind effizient und umweltfreundlich

Spielzeugfisch ©Martina Rüter
Spielzeugfisch ©Martina Rüter

Bionische Roboter in Fischgestalt nutzen zur Fortbewegung Schiffschrauben, Flossenantriebe oder Paddelflossen. Historisch hat sich die klassische Schiffsschraube, auch Propeller genannt, aus den Schaufelrädern der Dampfschiffe entwickelt. Für die moderne Schifffahrt wählte man diese technische Lösung, da die Umsetzung eines Flossenantriebs, wie ihn Fische nutzen, Schwierigkeiten bei der technischen Umsetzung der Hin- und Herbewegung einer Flosse auf rotierende Motorenteile bereitete. Aus diesem Grund haben sich Flossenantriebe bislang nicht durchsetzen können, obwohl sie strömungstechnisch günstiger sind. Denn durch die Wellenbewegung eines stromlinienförmigen Körpers, wie einem Tunfisch oder Pinguin, werden nur wenige Wasser um den schwimmenden Körper verwirbelt. Dies spart Energie und steigert die Wendigkeit im Meer. ...weiterlesen "Fischroboter mit Flossenantrieb"

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