Bionik – Martina Rüter: Web – Text

A B C D E F I K L M N O R S T V W

Bärtierchen: Überlebenskünstler der Natur

Martina Rüter4. September 201514. August 2020

Bei extremen Umweltbedingungen verfallen Bärtierchen in einen todesähnlichen Zustand

Bärtierchen - Quelle: Wikimedia: By Bob Goldstein and Vicky Madden, UNC Chapel Hill (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Erkenntnisse zur extremen „Winterschlaf“ der beständigen Mikroorganismen wecken neue Ideen zur Konservierung von menschlichen Organen. Schlechte Umweltbedingungen auf der Erde wie außerordentliche Kälte, Trockenheit sowie Schwankungen im Salzgehalt des Wassers oder Sauerstoffmangel überstehen die etwa einen Millimeter großen Bärtierchen ohne Schaden zu nehmen.
Ihr Trick: Sie verfallen in die Kryptobiose. Das ist ein todesähnlicher Zustand, bei dem die Stoffwechselaktivität fast komplett runtergefahren wird – eine Art extremer Winterschlaf. Hierbei rollen sie sich tonnenförmig zusammen, trocknen sich quasi selbst aus und überstehen so für sie ungünstige Umweltbedingungen. Dieser Zustand kann bis zu über ein Jahrzehnt anhalten. In diesem Tönnchen-Zustand kann man sie in flüssigen Stickstoff halten oder in kochendes Wasser tauchen, ohne dass sie Schaden nehmen. Verbessern sich die Umweltbedingungen wieder, so erwachen die putzigen Tierchen innerhalb einer halben Stunde zum Leben. Durch Zugabe von Wasser bei angemessener Temperatur entfalten sie sich und leben einfach weiter. Auch Fadenwürmer und Rädertierchen sind in der Lage in die Kryptobiose zu verfallen. ...weiterlesen

Baubotanik: Bauen mit Pflanzen

Martina Rüter24. August 201514. August 2020

Baubotanik ist eine Bauweise, bei der wachsende Holzpflanzen als Tragwerk in der Architektur verwendet werden.
Der Baubotanik liegt die Idee zu Grunde, Tragstrukturen mit lebenden Holzpflanzen zu bilden. Dabei dienen die Bäume als Tragwerk. Sie werden so gepflanzt, dass sie an den Stellen, an denen sie aneinanderstoßen zusammenwachsen. Diese Art der Verbindung bezeichnen Baubotaniker als „Baumschweißen“. Die Wurzeln bilden das Fundament des Bauwerks. Die baubotanischen Strukturen entstehen aus einer Kombination von Pflanzen und technischen Bauteilen. So können Bäume beispielsweise eine Stahlstange umwachsen und in ihren Stamm fest verankern. Das Ergebnis ist eine Symbiose aus lebenden Strukturen und klassischen Baumaterialien. ...weiterlesen "Baubotanik: Bauen mit Pflanzen"

Biodiversität: Umwelt-DNA hilft die Artenvielfalt von Ökosystemen zu bestimmen

Martina Rüter5. September 201614. August 2020

Häufig wird der Begriff der Biodiversität mit der Artenvielfalt gleichgesetzt. Doch die Anzahl der Mikroorganismen, Tier-, Pflanzen- und Pilzarten in einem Ökosystem machen nur einen Teil der Biodiversität aus. Daneben spielt unter anderem die genetische Vielfalt in einem Ökosystem eine wichtige Rolle. ...weiterlesen "Biodiversität: Umwelt-DNA hilft die Artenvielfalt von Ökosystemen zu bestimmen"

Bionic Car

Martina Rüter24. Februar 201514. August 2020

Das Bionic Car ist der rechteckigen Form des Kofferfischs nachempfunden. Das Konzeptfahrzeug Marke Kofferfisch adaptiert die aerodynamischen und stabilisierenden Vorteile des Originals.

Die ideale Stromlinienform besitzen Pinguine. Ihre Körperform bezeichnet man als spindel- oder tropfenförmig. Ein Maß für die Stromlinienförmigkeit eines Körpers ist der Strömungswiderstandskoeffizient, kurz Cw-Wert. Die an Land etwas plump wirkenden Pinguine erreichen unter Wasser einen Cw-Wert von etwa 0,04. Der Cw-Wert ist neben Gewicht, Frontfläche, Motor und den Reifen ausschlaggebend für den Spritverbrauch eines Fahrzeugs. Bei einem modernen Auto liegt der Cw-Wert zwischen 0,30 und 0,35. ...weiterlesen "Bionic Car"

Bionic Tower – eine architektonische Vision

Martina Rüter25. Februar 201514. August 2020

Anstieg der Weltbevölkerung - Quelle: Pixabay

Laut einer Prognose der United Nations soll die Weltbevölkerung bis zum Jahr 2100 auf 10,9 Milliarden Menschen ansteigen (Quelle: Statista 2015). Diese Entwicklung wirkt sich insbesondere auf die Bevölkerungsdichte von Großstädten aus. Beispiel Shanghai: Sie ist die bedeutendste Industriestadt der Volksrepublik China und beherbergt im gesamten Ballungsraum bereits heute mehr als 15 Millionen Einwohner auf weniger als 10.000 Quadratmetern. Die zunehmenden Bevölkerungszahlen erzeugen eine entsprechende Raumnot. Diesem Problem wollen Architekten mit so genannten „vertikalen Städten“ begegnen.

Bionic Tower
Das visionäre Projekt „Bionic Tower“ soll eine Höhe von über 1.200 Metern erreichen. Eine 200 Meter tiefe Betonwurzel soll den zigarrenförmigen Turm im Boden eines künstlichen Sees verankern. Der See soll einen Durchmesser von etwa 1.000 Meter besitzen und im Falle eines Erdbebens die Schockwellen abdämpfen. Das gigantische Gebäude soll auf rund 300 Stockwerken etwa 100.000 Menschen Platz zum Leben und Arbeiten bieten. Rund um das Riesenbauwerk sollen kleinere Hochhäuser und ein Businesspark mit einem eigenen Transportnetz aus Autobahnen und Bahntrassen entstehen. ...weiterlesen "Bionic Tower – eine architektonische Vision"

Bionik – Lernen von der Natur

Martina Rüter15. Januar 201514. August 2020

Bionik ist ein Kunstwort aus Biologie und Technik und bedeutet „Lernen von der Natur für eine verbesserte Technik“.

Die Natur hat in ihrer Jahrmillionen andauernden Evolutionsgeschichte perfekt an die Umwelt angepasste Organismen hervorgebracht. Oft sind die Erfindungen der Natur erstaunlich einfache, effektive und energie- sowie materialsparende Konstruktionen. Der interdisziplinäre Forschungszweig Bionik versucht die Errungenschaften der Natur für den Menschen nutzbar zu machen. Dies läuft in der Regel in zwei aufeinander folgenden Schritten ab:

Zunächst werden natürliche Abläufe erforscht. Diese Grundlagenforschung betreibt die „Technische Biologie“, ein Forschungszweig der Biologie.
Nachdem biologische Funktionsprinzipien entschlüsselt sind, erfolgt ihre Übertragung auf technische Anwendungen.

Bionische Forschung beinhaltet also mehr als das einfache Kopieren biologischer Vorgänge. Eine echte bionische Erfindung, wie z. B. die Wandfarbe mit dem Lotus-Effekt® für sich selbst reinigende Fassadenwände, hat stets ein biologisches Vorbild. In diesem Fall diente die Lotuspflanze als natürliche Vorlage. ...weiterlesen "Bionik – Lernen von der Natur"

Bionik in der Schule

Martina Rüter2. Juni 201519. Januar 2024

Naturorientiertes Lernen fördert fachübergreifendes Denken
Durch das Beobachten und eigene Entdecken von Naturphänomenen werden viele Naturvorgänge für Schülerinnen und Schüler verständlicher.
Praxisorientiertes Lernen ist wesentlich effektiver als Frontalunterricht. Beobachten, anfassen, ausprobieren, verstehen – das sind die Lernschritte beim naturorientierten Lernen. Durch die experimentelle Herangehensweise an technische Fragestellungen wird zunächst das Interesse der Lernenden für biologische Phänomene geweckt. Über die Prinzipienfindung der natürlichen Prozesse werden zum einen die Problemlösefähigkeit und zum anderen die Experimentierfreude der Schülerinnen und Schüler gefördert.

Bionik als fächerübergreifendes Schulfach?
Einige Fachleute betrachten die interdisziplinäre Wissenschaftsdisziplin Bionik als eine Schlüsseldisziplin im Bereich von Wissenschaft und Technik. Naturwissenschaftlich-technisches Denken und Arbeiten ist für viele Lebensbereiche erforderlich. Durch die Übertragung von Erkenntnissen aus der Biologie in die Technik verfügt die Bionik über alle Voraussetzungen, um den neuen Bildungsstandards der Schulen gerecht zu werden. Insbesondere für den fächerübergreifenden Unterricht ergeben sich viele Möglichkeiten für eine lebendige Unterrichtsgestaltung. ...weiterlesen "Bionik in der Schule"

Bionik in Deutschland studieren

Martina Rüter21. Januar 201514. August 2020

Internationaler Studiengang Bionik in Bremen
An der Hochschule Bremen kann man seit dem Wintersemester 2003 / 2004 an der Fakultät Natur und Technik den Internationalen Studiengang Bionik – kurz ISB – belegen. Das Studium erstreckt sich über sieben Semester und wird mit dem Bachelor of Science abgeschlossen. Das Studium kann durch den forschungsorientierten Master-Studiengang Bionik: Mobile Systeme ergänzt werden. Dieser läuft über drei Semester und schließt mit dem Master of Science ab. ...weiterlesen "Bionik in Deutschland studieren"

Bionik Schüler-Wettbewerb: Vektoria Award von CASIO

Martina Rüter9. Januar 201714. August 2020

Der Vektroia Award ist ein Kreativwettbewerb von CASIO für Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 5 bis 13 rund um das Fach Mathematik. Die jährliche Wettbewerbsaufgabe stellt jeweils ein anderes Thema im Kontext von Mathematik in den Mittelpunkt. In 2017 ist es die Bionik zu der ein kreativer mathematischer Zusammenhang hergestellt werden soll. Dazu können digitale Fotos, gemalte oder gezeichnete Bilder bis zum 3. März 2017 online eingesandt werden. Teilnehmen können einzelne Schüler, ein Team oder eine ganze Klasse. Auf dem Bild soll ein Beispiel einer technischen Lösung, die von der Natur inspiriert wurde dargestellt werden und mathematisch dokumentiert werden. Auf der Wettbewerbsseite finden sich einige Beispiele, wie der Lotus-Effekt® und die Stromlinienform bzw. der cw-Wert. Wichtig ist, dass auf dem Bild der Zusammenhang zwischen Natur und Technik dargestellt ist und durch eine mathematische Gleichung unterstützt wird. ...weiterlesen "Bionik Schüler-Wettbewerb: Vektoria Award von CASIO"

Bionik-Bücher für Kinder

Martina Rüter28. Oktober 201514. August 2020

Bionik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft aus Biologie und Technik. Sie beschäftigt sich mit Naturgesetzen und Erfindungen.
Für Kinder ist insbesondere der Einstieg über die belegte Natur, die Biologie geeignet, da ihnen Naturphänomene aus ihrer Lebenswelt bekannt und interessant sind. Der Bogen zur Technik erschließt sich mit Hilfe der Bionik leicht, denn häufig bestehen Ähnlichkeiten im Aussehen und in der Funktion von technischen Werkzeugen zu Vorbildern aus der Natur. Doch Bionik ist mehr als der Lotus-Effekt® oder der Klettverschluss. ...weiterlesen "Bionik-Bücher für Kinder"

Bionik: Bauteiloptimierung – SKO und CAO

Martina Rüter3. Juni 201514. August 2020

Äste sind dort dicker, wo mehr Belastung existiert, Quelle: Pixabay — Äste gleichen höhere Belastungen mit zusätzlichem Material aus und sind an diesen Stellen dicker, Quelle: Pixabay

Lernen vom Wachstum der Knochen und Bäume
Leichtbauweisen gewinnen heute mit zunehmend knapper werdenden Energieressourcen immer mehr an Bedeutung.
In der Natur ist der Leichtbau, also möglichst stabil bei minimalem Materialeinsatz, weit verbreitet. Neben Wabenstrukturen nutzt die Natur zum Beispiel Verbundmaterialien wie beim Perlmutt. Dieses glänzende Naturprodukt ist auf mikroskopischer Ebene aus vielen kleinen Kalkplättchen aufgebaut, die in einer Matrix aus Eiweiß und Chitin eingebettet sind. Beim Einwirken eines Drucks verschieben sich die Kalkplättchen in der weichen Matrix. Somit entstehen keine Risse und das Material ist gegenüber Druck wesentlich beständiger als ein Material aus nur einem Baustoff.

Knochen bauen Material ab, wenn dieses nicht benötigt wird
Knochen von Menschen und Tieren bestehen aus einem lebendigen Gewebe, welches sich den Belastungen optimal anpasst. Belastet man seinen Körper wenig, so baut der Körper Knochengewebe ab. Dies passiert zum Beispiel Astronauten im Weltall. Grund für den Knochenabbau ist das Energiesparen. Der Körper „denkt“ sich, wenn nur wenig Bewegung notwendig ist, dann kann am Knochenbau Energie eingespart werden. Das ist derselbe Prozess, wie bei Hungersnöten. Gibt es wenig Nahrung, baut der Körper eigene Fettreserven ab. Besteht jedoch ein Nahrungsüberangebot, so legen wir uns Fettpölsterchen für „schlechten Zeiten“ an. Knochen arbeiten nach dem selben Prinzip. ...weiterlesen "Bionik: Bauteiloptimierung – SKO und CAO"

Bionik: Der faszinierende Libellenflug

Martina Rüter9. April 20157. Januar 2022

Abrupte Richtungswechsel, Rückwärtsfliegen und in der Luft stehen bleiben – diese Flugtechniken beherrschen unter den fliegenden Insekten allein Libellen.

Libellen zeichnen sich durch einen außergewöhnlichen Flugapparat aus: Die großen Vorder- und Hinterflügel sind annähernd gleich groß und können unabhängig voneinander bewegt werden. Die Libellenflügel besitzen eine sehr hohe Stabilität, wobei sie gleichzeitig über ein extrem geringes Gewicht verfügen. Jedes Flügelpaar wird mit zwei Muskeln in Gang gesetzt. Die beiden Flügel-Paare arbeiten aber nicht synchron, sondern Unabhängig voneinander. Das ermöglicht den Insekten ausgefeilte Flugmanöver. Libellen erreichen Maximalgeschwindigkeiten von bis zu 50 Stundenkilometer pro Stunde. Sie sind Räuber, die ihre Beute (Insekten) im Flug fangen. ...weiterlesen "Bionik: Der faszinierende Libellenflug"

Bionik: Der Geruchsinn in Natur und Technik

Martina Rüter24. Juni 201514. August 2020

Duftstoffe dienen der Orientierung, Kommunikation und Partnersuche
Nahrungsaufnahme, Orientierung, Kommunikation und Fortpflanzung werden durch den Geruchssinn beeinflusst.
Auch beim Menschen ist der Geruchssinn von großer Bedeutung – doch dies geschieht meist unterbewusst. Denn Gerüche wirken über das limbische System auf unsere Gemütsstimmung. Sie bestimmen Sympathien und Antipathien gegenüber anderen Menschen und sind ein wichtiger Bestandteil bei der Partnerwahl und Sexualität. ...weiterlesen "Bionik: Der Geruchsinn in Natur und Technik"

Bionik: Die Kraft der Osmose – neue regenerative Energieform

Martina Rüter21. Oktober 201519. Januar 2024

Flussmündung: Hier vermischen sich Süßwasser (Fluss) und Salzwasser (Meer) - Quelle: Pixabay

Osmose ist für viele Abläufe in der Natur von Bedeutung, besonders für die Regulation des Wasserhaushalts von Zellen. Neue Forschungen zielen auf die Nutzung des physikalischen Prinzips der Osmose zur Erzeugung von Energie. Damit würde das bestehende Portfolio an umweltschonenden, erneuerbaren Energie um eine neue Energiegewinnungsart erweitert: Bislang zählen zu den nutzbaren Energieressourcen Windkraft, Wasserkraft, Gezeitenkraft, Sonnenenergie, Erdwärme und Biomasse. Hinzu käme die „Osmosekraft“. ...weiterlesen "Bionik: Die Kraft der Osmose – neue regenerative Energieform"

Bionik: Miesmuschel-Kleber

Martina Rüter7. Oktober 201514. August 2020

Miesmuscheln haften auf Metall, Holz, Glas und Korallen bombenfest. Sie halten sich so stark fest, dass sie ohne Probleme zum Beispiel der gewaltigen Nordsee-Brandung standhalten. Miesmuscheln finden sich auf Muschelbänke, Korallenriffen und Schiffsrümpfen. Die Besiedelung von Schiffsrümpfen durch Miesmuscheln und Seepocken bezeichnet man als Fouling. Durch den unerwünschten Bewuchs nimmt das Schiff an Gewicht zu und er erhöht zugleich den Strömungswiderstand, was zu langsamerer Fahrt und höheren Treibstoffkosten führt. Der Super-Klebstoff der Miesmuscheln eignet sich jedoch hervorragend, um Wunden zu verschließen. ...weiterlesen "Bionik: Miesmuschel-Kleber"

Bionik: Pflanzen als Vorbild für Roboter

Martina Rüter13. August 201314. August 2020

Bislang waren es in der Regel Tiere, wie Spinnen, Ameisen, Heuschrecken, Geckos oder Vögel, die als Vorbild für die Fortbewegung von Robotern dienten. Doch nun nahmen sich italienische Wissenschaftler das Vorbild Pflanze, genauer gesagt auf das Wurzelwachstum, vor und entwickelten einen Roboter, der in die Erde wächst wie eine Pflanzenwurzel. ...weiterlesen "Bionik: Pflanzen als Vorbild für Roboter"

Bionik: Prothesen mit Gedanken steuern

Martina Rüter16. Mai 201614. August 2020

Gehen, Laufen oder Treppensteigen – all diese Bewegungen sind darauf ausgerichtet, mit möglichst wenig Energie sicher und leicht ans Ziel zu kommen. Die Steuerzentrale für alle Bewegungsabläufe ist das menschliche Gehirn. Es registriert bei jeder Art von Bewegung die wirkenden Kräfte und ist jederzeit darüber informiert, in welcher Lage sich der Körper und die Extremitäten gerade befinden. Muss wegen einer Krankheit oder als Folge eines Unfalls ein Bein amputiert werden, so gerät der gesamte Körper aus dem Gleichgewicht. Die Fortbewegung mit Hilfe einer herkömmlichen Beinprothese ist starr und holprig. Die betroffenen Personen kompensieren den Verlust von Muskeln und Nerven durch Ausgleichsbewegungen, die langfristig zu Haltungsschäden führen. Zusätzlich besteht ein großes Fallrisiko für Patienten mit Beinprothesen, so dass sie meist auf zusätzliche Gehstützen angewiesen sind. ...weiterlesen "Bionik: Prothesen mit Gedanken steuern"

Bionik: Schuppen-Ski nach dem Vorbild der Schlangenhaut

Martina Rüter23. November 201514. August 2020

Kriechende Schlange - Quelle: Pixabay — Schlangenschuppen - Vorbild für Schuppenski - Quelle: Pixabay

Skilanglauf erfreut sich großer Beliebtheit unter den Wintersportlern und gilt als gesundheitlich empfehlenswerte Sportart, da fast alle Muskelgruppen einbezogen werden. Beim Skilanglauf gleitet man auf den Ski nicht nur hangabwärts, sondern nutzt das Rückstoßprinzip, um bergauf voran zukommen. ...weiterlesen "Bionik: Schuppen-Ski nach dem Vorbild der Schlangenhaut"

Bionik: Sonnenblume Vorbild für Solarkraftwerke

Martina Rüter14. April 201614. August 2020

Stellt man Solar-Spiegel entsprechend der spiralförmigen Anordnung von Sonnenblumensamen auf, so spart man Platz und gewinnt an Energie-Effizienz.

Forscher der RWTH Aachen und des Massachusetts Institut for Technologie (MIT) meldeten im Jahr 2012 ein bionisches Patent an. Das naturbasierte Design für Spiegel-Solar-Kraftwerke spart Stellfläche ein und wandelt das Sonnenlicht effizienter als herkömmliche Anlagen in Energie um. Die Anordnung der zahlreichen Spiegel folgt der Anordnung der Samen von Sonnenblumen. Hierdurch konnte eine Reduktion der Stellfläche von etwa 20 Prozent erreicht werden. Gleichzeitig reflektieren die Spiegel das Sonnenlicht so, dass der Energiegewinn effizienter ist. Die Spiegel werden von der Mitte aus spiralförmig um einen festen Winkel nach außen platziert. ...weiterlesen "Bionik: Sonnenblume Vorbild für Solarkraftwerke"

Bionik: Stahl nach dem Vorbild von Knochen

Martina Rüter3. April 201719. Januar 2024

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"