Bionik: Entwickeln im Sinne der Natur

Falten bringen Stabilität

Diese so genannte Ananasfaltung, entwickelt von Nathalie Maillard, ergibt ein leichtes, flexibles, tordierbares und sehr stabiles Gebilde. (Foto: Born)

In dieser Woche fand der nunmehr 3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg in Mannheim statt. Diese Veranstaltungsreihe im zweijährigen Rhythmus wird im Technoseum fortgesetzt und macht  das Thema Bionik erfahrbar und erlebbar.

Selbstorganisation von Falten: Dieser Hütchenversuch verdeutlicht die Selbstorganisation von Papierfalten. Wird ein Papierhütchen an der Spitze eingedrückt, entsteht ein konzentrisches Faltenmuster. Dieses Muster bildet sich unabhängig von der Größe des Papierhütchens jedes Mal aufs Neue und erinnert an den schuppenförmigen Aufbau eines Tannenzapfens. (Foto: Born)

Die Organisatoren, darunter maßgeblich Prof. Dr .Peter M. Kunz, Institut für Biologische Verfahrenstechnik an der Hochschule Mannheim, legten Wert darauf, dass die Teilnehmer die Bionik begreifen – im wahren Wortsinn, denn sie konnten Dinge in die Hand nehmen und bionische Prinzipien haptisch erleben. In den Foren ging es um Themen, die für die Umsetzung technischer Anwendungen von hoher Bedeutung sind: Geräusche und Schallminderung nach bionischem Vorbild, Materialeinsparungen und Stabilität zum Beispiel durch Faltungen und Wölbungen, Energie und Wärmespeicherung, Haftung und Handhabung sowie maschinelles Lernen und Robotik.

Miura-ori-Faltung: Diese Faltung bewirkt die Verarbeitung einer großen Materialfläche auf kleinem Volumen. Das Papier lässt sich mit nur einem Zug zusammen- und auseinanderfalten. Diese Faltung wird beispielsweise in der Raumfahrt angewandt, um Solarpanele bei Start und Landung platzsparend einzusetzen und im Weltall zuverlässig und schnell wieder zu entfalten. Auch Stadtpläne sind miura-ori-gefaltet. (Foto: Born)
Diese Wölbstrukturierung der Oberfläche bewirkt eine deutliche Festigkeitssteigerung in radialer Richtung um mehr als das Fünffache gegenüber einer glatten Oberfläche. Die Wandstärke dieser geformten Körper lässt sich somit verringern – was Material und Leergewicht einspart. (Foto: Born)

Bionik – das ist die Verbindung von Biologie und Technik und nicht nur einfach eine Kopie natürlicher Strukturen, sondern vielmehr eine Funktionsanalogie. Optische Ähnlichkeit mit Vorbildern aus der Natur macht noch keine Bionik! Vielmehr gilt es, biologische Prinzipien in ihrer Funktion und in ihrem Zweck für technische Umsetzungen analog zu adaptieren. Falten, Beulen, Schuppen oder Haken sind Beispiele, wie Oberflächen je nach Funktion sinnvoller und nützlicher gestaltet werden können. Auch das Finden und Optimieren von Wegen in der Natur – bei Termiten, Bienen, Ameisen oder Wildgänsen im Formationsflug – ist ein Themenfeld, das sich auf technische Anwendungen nützlich übertragen lässt, quasi als „Schwarmintelligenz“ beispielsweise bei sich selbstregelnden Robotersystemen ohne zentrale Steuerung. Die Bionik-Ausstellung ist im Mannheimer Technoseum zu sehen: www.technoseum.de  pb

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Reibungsarme Oberfläche: Auf den Hautschuppen schnell schwimmender Haifischarten befinden sich feine, in Strömungsrichtung verlaufende Längsrippen, sogenannte Riblets. Diese Rippen führen die wandnahe turbulente Grenzschicht strikt in Strömungsrichtung – die Querströme werden verringert und somit die Wandreibung und der Widerstand. (Foto: Born)
Lotus-Effekt: Pflanzen mit mikroskopisch rauer Oberfläche sind wasserabstoßend und schmutzabweisend. Tulpe, Kohl und Kapuzinerkresse haben eine Oberflächenstruktur, bei der der „Lotus-Effekt“ sichtbar wird. (Foto: Born)
Maschinen im Flüsterton: Eine Möglichkeit, die Geräusche bei Kühlventilatoren zu senken, ist die Vermeidung großer Randwirbel durch bionische Schlaufenpropeller. (Foto: Born)
Laminarrumpf-Verkehrsflugzeug: Der Bionik-Pionier Heinrich Hertel schlug nach Untersuchungen der Körperformen von Fischen und Pinguinen bereits in den 1960-er Jahren den spindelförmigen Laminarrumpf für den Flugzeugbau vor. Der Strömungswiderstand ist sehr günstig, da die Grenzschicht größtenteils laminar bleibt – das verringert den Widerstand. (Foto: Born)
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