Fliegen wie ein Vogel – das war schon immer ein großer Menschheitstraum.
Der erste große Bionikpionier, der sich mit der Technik des Fliegens beschäftigt hat, war Leonardo da Vinci. Er war besessen von der Vorstellung in die Lüfte aufzusteigen. Deshalb entwarf er die verschiedensten Fluggeräte und ließ auch einige davon anfertigen. Doch die Materialien und die Technik, die da Vinic in seiner Zeit zur Verfügung standen, waren nicht geeignet. So erreichte da Vinci seinen Lebenstraum nicht, denn keines seiner Flugmodelle war flugtauglich. ...weiterlesen "Fliegen wie ein Vogel – Flugtechniken aus der Natur inspirieren die Technik"
Die Natur zeigt evolutionäre Beispiele für Risiko-Management auf
Selbst für die Bereiche Wirtschaft und Finanzen lassen sich Analogien aus der Natur finden.
Evolutionär erfolgreiche Tierarten, wie zum Beispiel Quallen, die seit mehr als 500 Millionen Jahren die Meere bevölkern, haben schon viele Krisen überstanden. Die Umweltbedingungen veränderten sich über diese lange Zeit ständig, an die sich die einfachen Lebewesen anpassen mussten, um zu überleben.
Auch die globale Finanzwirtschaft hat schon einige Krisen erlebt. Die Weltfinanzkrise zwischen 2007 – 2009 war eine besonders schwere Krise, da es sich um eine Systemkrise im Bereich der Finanzwirtschaft handelte. Trotz der vielfältigen staatlichen Interventionen schien das Finanzsystem nicht mehr so richtig in die Gänge zu kommen. Auch die griechische Staatsschuldenkrise ist eine seit 2010 bestehende Staatshaushalts- und Wirtschaftskrise und Teil der Eurokrise, die seit 2009 die Eurozone gefährdet.
An so solchen Punkten ist es sinnvoll, das gesamte System einmal grundsätzlich zu überdenken und nach möglichen neuen Ansätzen zu suchen. Vielleicht hilft bei der Problemlösung auch ein Blick in die Natur: Birgt ein über Jahrmillionen bewährtes Risikomanagement der Quallen Strategien zur Neugestaltung der Finanzarchitektur? ...weiterlesen "In der Finanzkrise von Quallen lernen"
Ideen, Erfindungen, Patente - Viele Anregungen stammen aus der Natur | Quelle: Pixabay
Zahlreiche innovative Produkte wurden von der Natur inspiriert, doch die Unternehmen kommunizieren dies nicht. Der Grund für die versteckte biologische Herkunft einiger Produkte liegt wahrscheinlich im Patentrecht. Denn hier gilt, was die Natur schon erfunden hat, ist lediglich eine Nacherfindung und hat einen geringen Stellenwert bei der Patentanmeldung. So verfügen viele moderne Kraftfahrzeuge über Achsschenkel oder Motoraufhängungen, die mit Hilfe der Evolutionsstrategie konstruiert und optimiert wurden, ohne, dass hierauf explizit hingewiesen wird. Die Evolutionsstrategie fußt auf der Frage, wie die Natur selbst zu ihren Konstruktionen kommt. Die Antwort heißt: Evolution. Warum nicht davon lernen, wie die Natur selbst arbeitet? Die drei Prinzipien der evolutionären Entwicklung sind: Mutation, Rekombination und Selektion. Wendet man diese drei Prinzipien auf technische Konstruktionen an, so arbeitet man nach der Evolutionsstrategie. Hierbei helfen Computersimulationen, bei denen einzelne Parameter verändert werden. Wird das Ergebnis zum Positiven hin verändert, so wird auf dieser Basis fortgefahren; wird es hingegen schlechter, so wird es verworfen. Auf diese Weise errechnet der Computer innerhalb kürzester Zeit beispielsweise die ideale Form, welche die vorgegebenen Belastungen mit dem geringstmöglichen Materialaufwand abfängt. ...weiterlesen "In welchen Produkten steckt Bionik?"
Um dem unerwünschten Bewuchs von organischem Material an Schiffsrümpfen entgegen zu wirken, nutzt man mechanische oder chemische Abwehrmechanismen.
Als Fouling bezeichnet man allgemein die Anlagerung von Feststoffen an Oberflächen. Im Schiffbau versteht man darunter die Besiedelung von Schiffsrümpfen, Bojen oder anderen ins Wasser eintauchenden Objekte durch Organismen. Zu den sich ansiedelnden Lebewesen zählen beispielsweise Seepocken, Muscheln, Algen und Krebse. Auch in der chemischen Industrie kennt man das Fouling. Hierbei handelt es sich um die Verunreinigung von Rohrzuleitungen bei Wärmetauschern und in Kühlsystemen, die aus Seen und Flüssen gespeist werden. Weiterhin findet man Bio-Fouling in den Rohrleitungssystemen der Papier verarbeitenden Industrie sowie in Molkereien und Brauereien.
Antifouling
Im Schiffbau verwendete man lange Zeit als Antifouling-Beschichtung Farben und Lacke, die zumeist das toxische Tributylzinn, kurz TBT, enthielten. Seit dem Jahr 2008 gilt allerdings ein umfassendes Verbot für solche Anstriche. Als Ersatzstoff wurden übergangsweise ebenfalls giftige Kupfer- und Kupferverbindungen eingesetzt. Diese sind inzwischen jedoch auch schon in einigen Binnengewässern verboten worden. Somit besteht ein gigantischer Markt für umweltschonende Antifouling-Beschichtungen. Und die Lösung kommt aus der Natur selbst. ...weiterlesen "Intelligente Beschichtungen / Haihaut-Effekt"
Der Klettverschluss ist ein textiles, fast beliebig oft zu lösendes Verschlussmittel, nach dem Prinzip der Kletten. Die Früchte der Kletten bleiben im Fell von Tieren und an der Kleidung von Spaziergängern hängen, um so ihre Samen zu verbreiten. Das Haftprinzip wurde von dem Schweizer Ingenieur Georges de Mestral auf Spaziergängen mit seinem Hund beobachtet. Er untersuchte die Kletten unter dem Mikroskop und erkannte den Haftmechanismus. Dieses Prinzip übertrug de Mestral auf ein Verschlusssystem und erfand 1951 den Klettverschluss. Ein textiler Klettverschluss besteht aus zwei Nylonstreifen, wobei ein Streifen Widerhäkchen und der andere kleine Schlaufen besitzt. Die Häkchen verhaken sich in den Schlaufen. Durch mechanische Einwirkung lassen sich die beiden Streifen jedoch wiederholt voneinander trennen. Textile Klettverschlüsse finden sich beispielsweise an Schuhen, Jacken und anderen Kleidungsstücken, zur Befestigung von Bandagen und Prothesen in der Medizin sowie als Ersatz für Kabelbinder in der Elektronik. ...weiterlesen "Klettverschluss aus Stahl"
Pomelo und Nüsse fallen aus großen Höhen von Baum, ohne Schaden zu nehmen. Das Prinzip der Schutzummantelung soll Motoradhelme sicherer machen.
Eine Pomelo ist eine Zitrusfrucht, deren Pampelmusenanteil größer ist als der einer Grapefruit. Die Früchte können aus einer Höhe von 10 bis 20 Metern vom Baum fallen, ohne dabei zu zerplatzen. Die Schale der Pomelo bleibt beim Fall zur Erde unversehrt. Gleiches ist bei Kokosnüssen und Macadamia-Nüssen zu beobachten. Auch sie besitzen eine harte und stoßsichere Schale, um die empfindlichen Samen in der Nuss zu schützen. ...weiterlesen "Kokosnuss und Pomelo – Vorbild für moderne Motorradhelme"
Konstruktionsbionik - Neuer Fernstudiengang (Master) an der htw saar
Ab dem Wintersemester 2015/16 bietet die Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes erstmals den Masterfernstudiengang Konstruktionsbionik an.
Der Master-Studiengang ist für Ingenieure geeignet, die das Finden von Problemlösungen in der Natur, das Arbeiten im Team mit Biologen und die Umsetzung biologischer Lösungen in die Technik vollziehen müssen. Der Studiengang ist konzipiert als 6-semestriger Aufbaustudiengang für ein ingenieurwissenschaftliches Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Mechatronik, Werkstoffwissenschaften oder vergleichbarer Studienrichtungen.
Der Master-Studiengang ist gebührenpflichtig.
Weitere Informationen auf der Website der htw saar.
Ebenso wie die Oberflächen einiger Pflanzen (Lotosblume) und Tiere (Morphofalter) nicht glatt und eben, sondern rau sind, wodurch sich der Lotus-Effekt® physikalisch erklären lässt, ist auch die Haut des Sandfisches, einer in der Wüste lebenden Echse, nicht vollkommen glatt, sondern mit winzigen Grate gespickt. Während die Nanostrukturen bei der Lotusblume für den Selbstreinigungsmechanismus verantwortlich sind, wodurch die Pflanze immer durch den Regen sauber gewaschen wird, sorgen die Nanostrukturen beim Sandfisch dafür, dass der Wüstensand nicht an der Haut der Echse kleben bleibt. Beide Effekte erscheinen auf den ersten Blick widersprüchlich. Doch beim Sandfisch verhindern die minimalen Erhebungen auf der Haut des Tieres eine elektrostatische Aufladung der Oberfläche. Somit können die Sandkörner nicht an der Echse, die sich flink durch den Wüstensand bewegt, haften bleiben. Durch diesen Effekt wird gleichzeitig die Reibung herabgesetzt wird, wodurch sich das Tier schneller und effektiver, also auch kraftsparender, fortbewegen kann. ...weiterlesen "Kratzfeste Oberflächen nach Art des Wüstensandfischs"
Neue Ideen finden durch die Suche nach Analogien in der Natur
Synektik: eine neue Verbindung schaffen - Quelle: Pixabay
Der Begriff "Synektik" entstammt dem griechischen Wort „synechein“ und umschreibt das Zusammenbringen verschiedener, scheinbar irrelevanter Elemente. Die Methode der Synektik wurde bereits 1944 von dem Amerikaner William Gordon entwickelt. Hierbei wird ein bestehendes Problem durch die Bildung von Analogien verfremdet, wodurch ein sachlicher Abstand zur Aufgabenstellung erzeugt wird und kreative Lösungsansätze entstehen. Durch die Abstraktion und Übertragung der Problemstellung auf andere Wissensbereiche erweitert man den Lösungsspielraum. Durch die Kombination unterschiedlicher Wissensgebiete kann spielerisch nach ganz neuen Lösungswegen gesucht werden und es ergeben sich ganz neue Perspektiven, auf die man ohne ein methodisches Vorgehen überhaupt nicht gestoßen wäre. ...weiterlesen "Kreativitätstechnik „Synektik“"
Inspiration für den Fallschirm und alternativer Kautschuk-Lieferant
Pusteblume - Vorbild für den Fallschirm, Quelle: Pixabay
Die Samen der Pusteblume waren das natürliche Vorbild für Fallschirme. Doch im Löwenzahn steckt noch mehr: Naturkautschuk zum Beispiel.
Die Pusteblume begeisterte die Bioniker bereits sehr früh. Die Samen des Wiesenbocksbart, ragopogon pratensis, aus der Familie der Korbblütler sind das Vorbild für die ersten Fallschirme. Die Samen des Korbblütlers schweben stabil im Wind, da ihr Schwerpunkt weit unten liegt und die tragenden Flächen nach außen hochgebogen sind. Der älteste Entwurf eines Fallschirms stammt aus den 1470er Jahren aus Italien. Es zeigt einen konischen Fallschirm, an dessen kreuzartigem Stangenrahmen sich ein frei in der Luft hängender Mann mit den Händen festhält. Leonardo da Vinci skizzierte um 1485 einen Fallschirm mit quadratischem Holzrahmen und einer pyramidenförmigen Kappe. Fausto Veranzio (1551–1617) ersetzte die Fallschirmkappe durch ein segelartiges Stück Stoff. ...weiterlesen "Löwenzahn: ein Unkraut mit Potential für die Technik"
Pinguine sind durch ihren stromlinienförmigen Körperbau bereits bestens an das Leben im Wasser angepasst. Ihr spindelförmiger Körper gilt als ideal, wenn es um eine energetisch günstige Fortbewegung geht. Pinguine schwimmen stabil und sind dabei äußerst wendig. An Land dagegen watscheln oder rutschen sie etwas unbeholfen über die Eisschollen. Doch müssen sie flüchten, so rettet sie ein Sprung ins kalte Meereswasser und durch einen Trick der Natur sind sie besonders schnell weg aus der Gefahrensituation. Denn in ihrem dichten Gefieder speichern sie Luft. Diese dient natürlich der Isolierung gegen die extreme Kälte. Denn Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Beim Eintauchen ins Wasser entweicht die Luft jedoch in Form von kleinen Luftbasen. Pinguine erzeugen so einen Blasenschleier hinter sich. Dieser verringert den Widerstand und verhilft dem flüchtenden Pinguin zu mehr Geschwindigkeit. Der physikalische Hintergrund zu diesem Mikroblaseneffekt ist noch nicht vollständig geklärt. ...weiterlesen "Mikroblasen-Effekt und Trockentauchen"
Die Klette nutzt eine raffinierte Art der Verbreitung: Ihre Früchte verfügen über winzige, elastische Häkchen, die sich im Fell von umher streifenden Tieren verankern. So gelangen die Früchte an weit entfernte Orte. Dies fiel dem belgischen Ingenieur George de Mestral, der oft lange Spaziergänge mit seinem Hund unternahm, auf. De Mestral betrachtete die kleinen Kügelchen unter dem Mikroskop und entdeckte das Prinzip der reversiblen Verbindung zweier Materialien - 1951 meldete er seinen künstlichen Klettverschluss zum Patent an. Der Klettverschluss ist also eine Erfindung der Natur.
Der textile Klettverschluss bestand zunächst aus schlaufenförmigen Ösen und Widerhaken auf beiden Verbindungsteilen. Heute befinden sich die Haken auf der einen Seite und die Ösen auf der anderen Seite des Verschlusses. Allerdings haben diese Klettverschlüsse den Nachteil, dass sie mit der Zeit verschleißen. ...weiterlesen "Nano-Klettverschluss: Haftmechanismus im Pflanzen- und Tierreich"
Hologramme und andere Maßnahmen zur Fälschungssicherheit von Geldscheinen, Markenprodukten oder gar Medikamenten werden immer öfter nachgeahmt. Einige Fälschungen sind so gut, dass sie selbst von Experten nur schwer von den Originalen zu unterscheiden sind. Mit Hilfe der Nanotechnologie wollen Forscher es Betrügern deutlich schwerer machen. Dazu bedienen sie sich eines Vorbilds aus der Natur, um mittels Nanotechnologie Oberflächen so zu verändern, dass es bei bestimmten Wellenlängen zu optischen Resonanzen kommt. ...weiterlesen "Nano-Wasserzeichen nach dem Vorbild des Morphofalters"
Bionische Prothesen ersetzen Gliedmaßen und Sinnesorgane
Die Neurobionik verbindet die Neurobiologie mit der Medizintechnik. Ein Teilgebiet stellt die Neuroprothetik dar. Neurowissenschaftler haben sich zum Ziel gesetzt, zerstörte Nervenbahnen oder Nervenkontakte nach Krankheiten oder Unfällen wiederherzustellen und so funktionstüchtige Prothesen zu schaffen, die der Patient mit seinen Gedanken steuern kann. Die Bioprothesen oder Mikrochip-Implantate helfen so Unfallopfern, blinden, tauben oder querschnittsgelähmten Menschen ihre fehlenden oder defekten Extremitäten oder Sinne ganz oder teilweise zurück zu erhalten. ...weiterlesen "Neurobionik: Vereinigung von Mensch und Maschine"
Der Selbstreinigungseffekt bei Pflanzen ist schon seit längerem bekannt. Entdeckt wurde er an der Lotospflanze und wird deshalb Lotus-Effekt® genannt.
Der Lotos wächst in Mitten von schlammigem Untergrund und ist trotz der dreckigen Umgebung stets sauber und rein – weshalb er in östlichen Ländern für Schönheit und Reinheit steht. Doch wie macht die Pflanze das? Ganz einfach: der Regen bildet Tropfen auf den Blüten und Blättern des Lotos. Die Regentropfen laufen über das Blatt und waschen sämtlichen Schmutz ab.
Das dahintersteckende Funktionsprinzip lautet: "Rau gleich sauber".
Denn die Blätter des Lotos und auch anderer Pflanzen mit Selbstreinigungseffekt, wie zum Beispiel die Blätter des Kohlrabis, sind auf ihrer Oberflächen nicht glatt – wie man vermuten könnten – sondern sie besitzen mikroskopisch kleine Wachshügel. Die Abmessungen der Wachsschicht bewegen sich im Nanometerbereich und die Wachsstrukturen sind erst unter hochauflösenden Rasterelektronenmikroskopen sichtbar. Dadurch dass nun die Blattoberfläche nicht glatt ist, sondern „hügelig“ zwingt es die Wassertropfen in Kugelform, was die energetisch günstigste Form ist. Die Regentropfen berühren die Wachsgebilde nur an den Spitzen, weshalb sie mit der Oberfläche nur eine geringe Kontaktfläche besitzen und deshalb nicht auf dem Blatt haften bleiben, sondern darüber rollen. Überrollt ein Wassertropfen nun eine Schmutzpartikel, so haftet dieser recht gut an dem Wassertropfen, weshalb er von dem Tropfen aufgesogen und mitgenommen wird. Dieser physikalische Trick ist das Funktionsprinzip des Selbstreinigungseffektes. ...weiterlesen "Optimierter Lotus-Effekt®"
Raoul Heinrich Francé (1874–1943), eigentlich Rudolf Franze, war Botaniker, Mikrobiologe und Naturphilosoph. Er wurde in Österreich geboren und lebte seit dem Studium in Ungarn. Francé erkannte, dass viele Prinzipien menschlicher Erfindungen im Tier- und Pflanzenreich bereits existierten und dass sich technische Probleme durch die Erforschung biologischer Vorbilder lösen ließen. Der Wissenschaftler war der Auffassung, dass gleiche Notwendigkeiten gleiche Lösungen nach sich ziehen. In seinem 1920 erschienenen Buch Die Pflanze als Erfinder schrieb er: „Jeder Funktion entspricht eine bestimmte Gestaltung.“ ...weiterlesen "Raoul Heinrich Francé: Vater der Biotechnik"
Wissenschaftler entwickeln Algorithmen mit deren Hilfe Computer und Roboter autonom lernen und handeln. Die Robotik befasst sich mit der Steuerung und Entwicklung von Robotern. Roboter sind stationäre oder mobile Maschinen, die nach einem bestimmten Programm festgelegte Aufgaben erfüllen. Roboter und Automaten sind demnach nur so gut, wie derjenige Entwickler, der das Computerprogramm geschrieben hat. Ein Computer versteht nur ja und nein beziehungsweise Null und Eins oder noch einfacher: Strom an, Strom aus. ...weiterlesen "Roboter auf dem Vormarsch: Computer, Maschinen und Automaten lernen zu agieren"
Schwarmintelligenz für Roboter, die sich selbst steuern
Einer für alle – alle für einen: Das Schwarmprinzip opfert einzelne, wenn es dem Wohle des gesamten Kollektivs dient. Andererseits bietet das Leben im Schwarm viele Vorteile, die dem Einzeltier das Überleben sichert. Beutetiere finden sich zu Schwärmen oder Herden zusammen. Das macht es dem Jäger, wie beispielsweise Löwen oder Geparden schwer ein einzelnes Tier ins Visier zu nehmen. Daneben nutzen die Beutetiere ein gemeinschaftliches Verhalten, wie zum Beispiel ständige Richtungswechsel, die den Jäger zusätzlich irritieren. Haie nehmen nur die Silhouetten ihrer Gegner wahr. Ein Schwarm aus kleinen Fischen wirkt da übermächtig und der Hai greift lieber nicht an. ...weiterlesen "Roboter lernen von Ameisen"
In der Robotik entstammen viele Ideen und technische Weiterentwicklungen der Biologie. Roboter verfügen heute über zahlreiche hochleistungsfähige Sensoren, ausgeklügelte Steuerungsmechaniken und vielfältige Fortbewegungsmechanismen. Vorbilder sind unter anderem Spinnen, Schlangen, Eidechsen, Tintenfische oder Seesterne. ...weiterlesen "Roboter mit Eigenschaften aus der Tierwelt"
Stuttgarter Ingenieure haben einen beweglichen Roboter-Arm mit erstaunlicher Feinmotorik entwickelt, mit dem sie den Deutschen Zukunftspreis 2010 gewannen. Der Zukunftspreis wird jährlich vom amtierenden Bundespräsidenten für Technik und Innovation vergeben und ist mit einem Preisgeld von 250.000 Euro dotiert. Im Deutschen Museum in München ist seit 2006 die Dauerausstellung zum Deutschen Zukunftspreis angesiedelt. ...weiterlesen "Roboterarm ohne Gelenke – Vorbild Elefantenrüssel und Okopusarm"
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