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Grashalm im Wind - Quelle: Pixabay
Grashalm im Wind - Quelle: Pixabay

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"

BionikBionik 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:

  1. Zunächst werden natürliche Abläufe erforscht. Diese Grundlagenforschung betreibt die „Technische Biologie“, ein Forschungszweig der Biologie.
  2. 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"

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"

Shinkansen Baureihe 700 - Quelle: By Sui-setz (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
Shinkansen Baureihe 700 - Quelle: By Sui-setz (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons
Hochgeschwindigkeitszüge mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 360 Stundenkilometern sind enormen physikalischen Belastungen ausgesetzt. Ein bionisch optimiertes Design dieser Züge ist von Nöten, um die Belastungen optimal abzufangen. So wird nach der besten Form gesucht, die mit dem geringsten Widerstand durch den Wind flutscht. Über die Ästhetik lässt sich dabei vielleicht streiten, jedoch sollen diese Züge ja nicht - ganz anders als bei Kraftfahrzeugen - besonders raffiniert aussehen, um Kunden anzulocken, sondern möglichst effizient, schnell und komfortabel ans Ziel kommen. ...weiterlesen "Bionik: Züge mit Entenschnäbeln"

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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"

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"

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.

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