Die Biomechanik befasst sich mit den Bewegungen von biologischen Systemen, gemeint sind also Pflanzen und Tieren. Sie ist Teil der technischen Mechanik, da die Belastungen von belebten Strukturen und beispielsweise Maschinenteilen Ähnlichkeiten aufweisen.
Die Optimierungsstrategien von Bäumen und Knochen dienen dabei als Vorbild für den Entwurf von Bauteilen mit hoher Biegefestigkeit, die für den Bau von Säulen und Balken aber auch im Brückenbau erforderlich ist. ...weiterlesen "Biomechanik: die mechanische Seite der Natur"
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"
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"
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