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https://padlet.com/locoeisi2/so8qia2c85zm4h0q

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https://www.ipa.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014-10-28_neuartiger-bohrer-gewinnt--international-bionic-award.html

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https://www.simplyscience.ch/teens/wissen/bewegungsbionik-von-der-natur-laufen-schwimmen-und-fliegen-lernen

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https://www.simplyscience.ch/teens/wissen/bionik-in-der-medizin

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https://www.openscience.or.at/de/wissen/medizin-mensch-ernaehrung/2017-08-31-spinnenseide-als-hoffnungstraeger-in-der-medizin/

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https://www.meduniwien.ac.at/web/ueber-uns/news/detailseite/2018/news-jaenner-2018/bionische-rekonstruktion-wiederherstellung-im-psychologischen-grenzbereich/?_ga=2.84491615.737539419.1645276311-715641984.1645276311

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Die Gemeine Holzwespe ( Sirex juvencus), oder auch Kiefernholzwespe genannt, ist ein weltweit verbreiteter Vertreter der Familie der Holzwespen.

Die Gemeine Holzwespe kommt in Europa, Japan, Australien, Nordamerika (bis Labrador und Neufundland) vor. Sie kommt hauptsächlich in Kiefernwäldern vor, selten auch in Fichtenbeständen.

Die Gemeine Holzwespe wird 15 bis 30 Millimeter groß. Ihr Körper ist blauschwarz. Bei den Fühlern der Weibchen sind, abgesehen vom Grundglied, die ersten fünf Glieder rostfarben, die folgenden zehn schwärzlich. Die Männchen besitzen einen rot-goldenen Ring am Hinterleib.

Die Weibchen suchen zu Eiablage einen frisch gefällten, kranken oder verletzten Baum auf. Ausgetrocknetes oder verbautes Holz wird nicht verwendet. Mit Hilfe ihres Legestachels legen sie 8 bis 10 Eier unter die Rinde, zusammen mit Sporen des Braunfilzigen Schichtpilzes ( Amylostereum areolatum). Die Gesamtproduktion umfasst mehrere hundert Eier. Die Larven sind weiß und augenlos. Sie besitzen Stummelbeine an der Brust, jedoch keine Bauchfüße. Sie ernähren sich vom Myzel des Pilzes und bohren Gänge in das Holz, welche sie später wieder mit Sägemehl auffüllen. Diese Fraßgänge können bis zu 40 Zentimeter lang werden und haben einen Durchmesser zwischen 4 und 7 Millimeter. Zur Verpuppung graben sie eine kleine Kammer dicht unter der Rinde, die sogenannte "Puppenwiege". Die Ausfluglöcher der schlüpfenden Wespen haben einen Durchmesser zwischen 4 und 10 Millimeter. Die Entwicklung dauert drei bis sechs Jahre.

Die Nahrung der Larven in den Fraßgängen besteht aus von durch die vielen Pilzhyphen zu Weißfäule abgebautem Holz.

Wirtschaftliche Schäden

Der hervorgerufene Schaden bleibt relativ gering, da stark befallenes Holz bei der Verarbeitung aussortiert wird und bereits getrocknetes Holz für die Eiablage keine Verwendung findet.

Jedoch kann es vorkommen, dass schlüpfende Wespen aufliegende Materialien (Teppiche, Linoleum und sogar Dachpappe) durchnagen und dadurch Schäden anrichten.

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Die Gemeine Holzwespe ( Sirex juvencus), oder auch Kiefernholzwespe genannt, ist ein weltweit verbreiteter Vertreter der Familie der Holzwespen. Die Gemeine Holzwespe kommt in Europa, Japan, Australien, Nordamerika (bis Labrador und Neufundland) vor. Sie kommt hauptsächlich in Kiefernwäldern vor, selten auch in Fichtenbeständen. Die Gemeine Holzwespe wird 15 bis 30 Millimeter groß.

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Neue Bohrsäge kann auch eckige Löcher bohren - ingenieur.de

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Die Bohrsäge Sirex kann durch ausgeklügelte Pendelbewegungen nicht nur runde, sondern auch eckige Löcher bohren. Für Chirurgen könnte der neue Knochenbohrer zur großen Hilfe beim Einsetzen von Hüftprothesen werden.

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https://www.biokon.de/bohren-wie-die-holzwespen-jetzt-auch-an-der-huefte-und-im-weltall/

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Der neuartige Bohrer Sirex wurde nach dem Vorbild der Holzwespe entwickelt. Er soll Chirurgen dabei helfen, Hüftprothesen einzusetzen.

Aktuelles // 17. Mai 2017

Bohren wie die Holzwespen - jetzt auch an der Hüfte und im Weltall

Ein Entwicklerteam um Dr. Oliver Schwarz vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat mit dem von der Natur adaptierten Prinzip die Bohrtechnik von Holz- und Schlupfwespen auf ein Werkzeug übertragen. Mithilfe des rotationsfreien Pendelhubprinzips können neben runden auch Löcher mit drei- oder mehreckigem Querschnitt gebohrt werden. Der Bohrer Sirex kann in den unterschiedlichsten Branchen eingesetzt zu werden. Er wurde bereits mit Auszeichnungen wie dem Hans-Jürgen Warnecke Innovationspreis und dem International Bionic Award prämiert und in der Großen Show der Naturwunder vorgeführt.

Der Ausgangspunkt für die Forschungsarbeit der Abteilung Biomechatronische Systeme des Fraunhofer IPA war in diesem Fall das Gesundheitswesen. Denn jedes Jahr bekommen in Deutschland rund 200.000 Patienten ein künstliches Hüftgelenk. Die Operation ist ein komplexes Unterfangen. In einem besonders aufwendigen Schritt muss der Chirurg von Hand ein dreidimensional-eckiges Loch in den Oberschenkel des Patienten bohren. Das macht er bisher meist von Hand mit einer Raspel. Mit dem vom Fraunhofer IPA entwickelten Sirex-Bohrer können Ärzte den Eingriff künftig schneller, präziser und mit deutlich weniger Kraftaufwand vornehmen.
Bohren nach dem Vorbild der Hautflügler - im Baugewerbe, bei der Gartenarbeit und sogar im Weltall
Dass diese Technik nicht nur im Gesundheitswesen auf offene Ohren stößt, erklärt Vince Ebert, Physiker und Kabarettist, in einem Erklär-Video humorvoll wie folgt: „Jeder Hobbytaucher kennt das Dilemma: Bohren unter Wasser - ein Riesenproblem. Oder noch extremer: Stellen Sie sich, Sie sind Astronaut und müssen auf einem Kometen ein Loch bohren. Mit einem normalen Bohrer brauchen Sie einen Anpressdruck. Der ist aber in der Schwerelosigkeit nicht möglich. Auch hier hilft der Sirex-Bohrer. Der geht butterweich in den Kometen".

Oliver Schwarz, Gruppenleiter Bionik und Medizintechnik am Fraunhofer IPA und verantwortlich für das Sirex-Projekt, ergänzt fachlich: „Die Holzwespen bohren bis zu 6 Zentimeter tiefe Löcher ins Holz, um ihre Eier abzulegen. Da ihnen Rotationen nicht möglich sind, raspeln sie die Hohlräume überaus trickreich aus dem Stamm. Ihr Legestachel besteht aus drei separaten Raspeln, die sich unabhängig voneinander bewegen können. Während sich der eine Teil bewegt, verhakt sich der andere im Loch und sorgt so für den nötigen Halt. Mit dieser Technik kann auch Gartenarbeit, Heimwerken und vieles mehr erleichtert werden. Im direkten Gespräch mit den potenziellen Nutzern evaluieren wir gerade die Möglichkeiten des Einsatzes".

Vince Ebert auf den Spuren der Holzwespe - hier sehen Sie das Erklär-Video:

Zur Videoreihe >>

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Bohren wie die Holzwespen - jetzt auch an der Hüfte und im Weltall

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Der neuartige Bohrer Sirex wurde nach dem Vorbild der Holzwespe entwickelt. Er soll Chirurgen dabei helfen, Hüftprothesen einzusetzen. Bohren wie die Holzwespen - jetzt auch an der Hüfte und im Weltall Ein Entwicklerteam um Dr. Oliver Schwarz vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat mit dem von der Natur adaptierten Prinzip die Bohrtechnik von Holz- und Schlupfwespen auf ein Werkzeug übertragen.

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Christoph: Robotik, Konstruktion, Top Down
Sami: Sensorik und Kommunikation, Optimierung, Materialien, Bottom Up
Loni: Oberflächen, Laufen Schwimmen Fliegen, Medizin, Bionik allgemein

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https://www.openscience.or.at/de/wissen/umwelt-technik-landwirtschaft/2019-12-23-bionik-und-biomimikry-wenn-die-natur-als-vorbild-dient/

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Der Begriff Bionik setzt sich aus den beiden Wörtern Biologie und Technik zusammen. Dementsprechend gestaltet sich auch das relativ junge und interdisziplinäre Forschungsfeld der Bionik: Strukturen und Prozesse in der Natur werden beobachtet und analysiert. Pflanzen und Tiere demonstrieren oft vorbildlich, wie bestimmte Herausforderungen am einfachsten und effizientesten bewältigt werden können. Die Erkenntnisse daraus und somit die Konzepte aus der Natur werden in technische Anwendungen und Lösungsstrategien umgewandelt.

Oft werden die Begriffe Bionik und Biomimikry gleichbedeutend verwendet. Genaugenommen lassen sie sich allerdings schon voneinander differenzieren: So sprechen ExpertInnen meist von Bionik, wenn es um Einzellösungen geht, wohingegen sich Biomimikry auf ein ganzes System bezieht.

Kleine Geschichte der Bionik

Der italienische Erfinder Leonardo da Vinci gilt als Pionier der Bionik. Im Jahr 1505 veröffentlichte er sein Manuskript „Über den Vogelflug" und verwendete seine Erkenntnisse aus der Beobachtung der Tiere für den Entwurf von Flugmaschinen nach dem Vorbild von Vögeln und Fledermäusen. Auch einen Hubschrauber konstruierte da Vinci, bei dem ihm die Frucht des Schneckenklees als Vorlage diente.

Die erste bionische Erfindung in Deutschland wurde im Jahr 1920 von Raoul Heinrich Francé patentiert: Ein Salzstreuer mit seitlichen Öffnungen. Francé orientierte sich dafür an der Samenkapsel des Mohns.

Im Jahr 1948 entwickelte der Schweizer Ingenieur Georges de Mestral den Klettverschluss. Das Haftprinzip biegsamer Widerhaken hatte sich der Jäger von Kletten abgeschaut, die er nach Jagdausflügen immer wieder aus dem Fell seines Hundes entfernen musste.

In den 1950er Jahren prägte Otto Schmitt den Begriff „biomimetics" bzw. „biomimicry". Er beschrieb damit die „Nachahmung von Leben" (bios-Leben, mimesis-Nachahmung) - also im Prinzip das, was heute im deutschsprachigen Raum unter dem Begriff Bionik verstanden wird.

Der deutsche Begriff Bionik geht jedoch ursprünglich auf die Bezeichnung „bionics" zurück, welche 1960 vom Luftwaffenmajor Jack E. Steele auf einer Konferenz erstmals verwendet wurde. [1] Im englischen Sprachraum begrenzt sich dieser Begriff zumeist auf die Konstruktion von künstlichen Körperteilen.

Anwendungsgebiete der modernen Bionik

Die Natur beeindruckt uns immer wieder mit ihrem riesigen Repertoire an Farben und Formen. Die Vielfalt der Lebewesen auf unserem Planeten ist allerdings nicht zufällig, sondern durch einen langen Evolutionsprozess über 3,8 Milliarden Jahre hinweg entstanden, und oft sind funktionale Wunderwerke das Ergebnis. Die Bionik hat dies erkannt und versucht, sich für technische Fragestellungen an oftmals genialen Lösungen der Natur zu orientieren und betrachtet Lebewesen mit dem Blick von TechnikerInnen.

Die sogenannte Analogieforschung versucht, die Lösung eines technischen Problems durch geeignete Vorbilder in der Natur zu finden. In einem „top-down-Prozess" wird zunächst das Problem definiert. Analogien in der Natur werden gesucht, diese werden analysiert, und schließlich wird an Lösungen für das Problem getüftelt. Die Gebiete, auf denen es großes Potential für Bionik und Biomimikry gibt, sind weitreichend. Der deutsche Zoologe Werner Nachtigall, einer der Pioniere der Bionik, gliederte die Bionik in die drei übergeordneten Disziplinen Konstruktionsbionik, Verfahrensbionik und Informationsbionik, innerhalb derer sich wiederum viele Fachrichtungen finden [1]. Beispiele dafür, wo die Trickkiste der Natur als Vorbild dient und die Bionik heute bereits Anwendung findet, sind unter anderem:

Oberflächendesign

Konstruktion von Maschinen angewandt

Bauwesen und Architektur

Transportwesen

Verbundmaterialien

Robotik

Der Artikel liefert im weiteren Verlauf einen Überblick über konkrete Anwendungsbereiche in den verschiedensten Sektoren [2].

Oberflächendesign

Der Lotuseffekt zur Selbstreinigung: Der deutsche Botaniker Wilhelm Barthlott entdeckte Mitte der 1970er Jahre den so genannten Lotus-Effekt, der die Selbstreinigungsfähigkeit von pflanzlichen Oberflächen beschreibt [3]. Die Lotusblume besitzt eine einzigartige Kombination aus wasserabweisenden Pflanzenwachsen und einer geeigneten Mikro- bzw. Nanostruktur, der bereits künstlich nachgemacht wurde. Der Lotus-Effekt kommt heute mittlerweile bei schmutzabweisenden Lacken, Farben, Fassadenputz und anderen Oberflächenbeschichtungen zum Einsatz.

Klettverschluss: Der Klettverschluss wurde 1951 vom Schweizer George de Mestral entwickelt. Die kleinen Widerhaken, die er sich von den Früchten des Klett-Labkrautes abgeschaut hatte, patentierte er und brachte seine Erfindung unter dem Namen Velcro (velours- Schlaufe, crochet Haken) auf den Markt.

Klebstoffe aus der Natur: Auch das mechanische Haftungsvermögen von Geckos, Libellen, Spinnen und Muscheln hat BionikerInnen inspiriert. Die Füße der Tiere sind mit vielen feinen Haaren bedeckt, und diese geniale Erfindung der Natur wurde bereits zur Entwicklung von Klebstoffen nachgeahmt. Diese finden beispielsweise im Fahrzeugbau Anwendung.

Antifouling-Oberfläche gegen Schiffsbewuchs: Ein Bewuchs von Schiffen aus Muscheln, Algen und Seepocken vergrößert deren Reibungswiderstand im Wasser und somit auch den Treibstoffverbrauch. Nach dem Vorbild von Delfinhaut, die durch ihre physikalischen Eigenschaften vor diesem Befall geschützt ist, wurden „Antifouling"-Farben für einen Anstrich von Schiffen entwickelt [4].

Haifischhaut zum Schwimmen: Die Untersuchung der Hautschuppen von Haifischen führte zur Entwicklung anderer Oberflächenmaterialien: Die feinen Rillen der Haifischhaut reduzieren die Reibung und werden bei künstlich hergestellten Folien zur Verkleidung von Flugzeugen sowie für die Fertigung von Schwimmanzügen von HochleistungssportlerInnen imitiert [5].

Haftmaterial von Kraken: MaterialforscherInnen haben mittlerweile auch schon das Haftmaterial von Kraken kopiert. Dieses weist eine filigrane Struktur auf, die im Gegensatz zu den feinen Härchen des Gecko auch bei Feuchtigkeit klebt [6].

Flugverkehr

Auch die Luftfahrt kann von der Natur lernen. Die Bionik hat das Fliegen überhaupt erst ermöglicht - Leonardo da Vinci hat mit seinen Flugmaschinen hier Pionierarbeit geleistet.

Flugzeugbau: Heute fließen hier bereits verschiedenste bionische Konzepte mit ein. So dienen beispielsweise Vogelknochen als Vorbild für ein gewichtsoptimiertes Design, das trotzdem die nötige Stabilität bietet. Das Flügelprofil ist in der Luftfahrt Vogelflügeln nachempfunden, um optimalen Auftrieb zu haben etc. Es wurde sogar schon ein Flugzeug gebaut, das mit den Flügeln schlagen kann - ein so genannter Ornithopter. Diese Flugmaschine konnte sich jedoch nicht durchsetzen.

Gleitflieger und Fallschirme: Bei der Konstruktion dieser Flugobjekte wurde das Prinzip von Pflanzensamen nachgeahmt.

Bauen und Architektur

Es gibt mittlerweile die „Bau- oder Architekturbionik", die Phänomene aus der Natur für Architektur und technische Funktionen von Gebäuden anwendet.

Baumstützen: Beim Bau des Stuttgarter Flughafens kamen spezielle Träger zum Einsatz, die als sehr filigrane Konstrukte nach dem Vorbild eines Waldes entstanden.

Lüftungssystem der Termiten: Das Prinzip der Lüftung von Termitenbauten wurde für Lüftungselemente von Bürogebäuden nachempfunden. Durch das Anlegen von Luftschächten, die ähnlich wie in einem Termitenbau zusammenhängen, können Gebäude fast ohne Heizung und Belüftungsanlage auf einer konstanten Innentemperatur gehalten werden.

Leichtbauweise: Auch für die Leichtbauweise von Gebäuden dient die Natur als wichtiger Ideenlieferant. Erkenntnisse aus dem Knochenbau werden für die moderne Leichtbauweise genutzt. Werden Stahlträger in Gebäuden nach dem Prinzip von Knochenbalken und Hohlräumen in Knochen angeordnet, kann besonders materialsparend gebaut werden. Ein prominentes Beispiel für diese spezielle Leichtbauweise ist der Eiffelturm in Paris.

Verbundmaterialien und Verpackungen

Hartes und bruchsicheres Perlmutt: Nach dem Vorbild von natürlichem Perlmutt, dem Baumaterial von Muscheln, konnte künstlich Keramik hergestellt werden. Dieser Verbundstoff - er besteht wie das Perlmutt aus unterschiedlichen Stoffen, daher der Name - hat sich als extrem fest und gleichzeitig äußerst zäh erwiesen.

Krebspanzer für Schutzkleidung und Panzermaterialien: Ein kleiner Krebs, der in den Tropen lebt, besitzt eine extrem harte Schutzschickt in seinem Panzer, der selbst dem heftigsten Aufprall standhält. Die Struktur dieses Panzers, der aus drei Schichten besteht, wurde nun für Schutzkleidung und Materialien zum Panzern nachempfunden. Diese ist hart, aber gleichzeitig vor Rissen und Brüchen geschützt. [7]

Baumrinde, Nuss- und Eierschalen als Verpackungsmaterial: In Zeiten der Klimakrise ist auch das Thema Plastik hochaktuell, und es wird vielerorts nach Alternativen fürs Verpacken gesucht. Hier könnten Bäume bzw. deren Rinde weiterhelfen: Diese kann durch ihre faserige Struktur mit vielen Hohlräumen mit geringem Gewicht, einem hohen Gehalt an Tannin, welches der Abwehr von Schädlingen dient, Wärme- und Kälteabwehr, Schutz vor ultravioletter Strahlung sowie Materialtransport für Nährstoffe und Abfallstoffe punkten. Auch Nuss- und Eierschalen sind bemerkenswerte natürliche Verpackungssysteme und schützen das Innere vor Stößen und Temperatureinflüssen. An umweltfreundlichen Verpackungsmaterialien nach diesen natürlichen Vorbildern wird aktuell noch gearbeitet.

Robotik und Sensorik

Auch natürliche Bewegungsabläufe von Tieren und Menschen werden analysiert und liefern Ideen für technische Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise als Vorbild für Roboter.

Wahrnehmung: Die Kenntnis der 3D-Wahrnehmung von Gottesanbeterinnen ist bereits in die Konstruktion einer speziellen Roboter-Navigation eingeflossen.

Fortbewegung: Es gibt auch schon Roboter, die wie Spinnen krabbeln oder wie Fische schwimmen. [8]

Sinneswahrnehmung: Auch einen Roboterarm, der fühlen kann, gibt es bereits.

Das Beobachten von Abläufen in der Natur hat auch in der Biomedizin zu zahlreichen Neuerungen geführt. So etwa bieten heute „Bionische" Prothesen bereits zusätzliche Funktionen im Vergleich zu herkömmlichen, wie beispielsweise eine sensorische Rückkopplung, erweiterte Bewegungsmöglichkeiten, eine möglichst intuitive Steuerung der Bewegungen und eine natürlichere Kosmetik. Näheres zur sogenannten Bionischen Rekonstruktion ist auch auf der Website der MedUni Wien nachzulesen. Und eine Kurzmeldung auf der Website von Open Science informiert über die Anwendung von Spinnenseide in der Medizin.

Bionik und Biomimikry könnten für die Probleme der Menschheit eine große Hilfe sein. So etwa wird das Verhalten von Tieren - wie beispielsweise Bienen oder Vögeln - in Gruppen untersucht, um deren kommunikatives Verhalten zu verstehen. Die beobachteten Mechanismen der Natur lassen sich auch auf Unternehmen, Organisationen und andere menschengeschaffene Systeme übertragen. Mithilfe bionischer Schwarmdaten sollen in Zukunft beispielsweise autonom fahrende Autos geregelt werden. Hummeln könnten optimierte Kfz-Routen aufzeigen und zum Umweltschutz beitragen, da es so zu weniger Emissionen kommen würde. Auch für Kreisläufe, Abfallvermeidung und Widerstandsfähigkeit soll die Biomimikry in Zukunft wichtige Ansätze liefern.

Gibt der Fortschritt dank Bionik und Biomimikry einerseits Hoffnung für die Zukunft, so gibt es hier teilweise auch kritische Stimmen: Vor allem der Nachbau von Roboter(teilen) nach Vorbild des Menschen wird oft auch mit Skepsis verfolgt. Roboter können heute schon komplexe Handlungen wie das Greifen und Orientieren eines Gegenstands selbst erlernen. Viele sehen hier eine große Gefahr, ob die Technik die Natur nicht einmal überholen wird.

In unserem Bionik-Quiz können Sie gleich Ihr Wissen zu diesem Thema testen!

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Bionik und Biomimikry - wenn die Natur als Vorbild dient | Open Science

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Der Begriff Bionik setzt sich aus den beiden Wörtern Biologie und Technik zusammen. Dementsprechend gestaltet sich auch das relativ junge und interdisziplinäre Forschungsfeld der Bionik: Strukturen und Prozesse in der Natur werden beobachtet und analysiert. Pflanzen und Tiere demonstrieren oft vorbildlich, wie bestimmte Herausforderungen am einfachsten und effizientesten bewältigt werden können.

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https://www.ooe-zukunftsakademie.at/Mediendateien/Bionik_nextpractice_2018.pdf

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https://www.ioew.de/uploads/tx_ukioewdb/Bionik_Aktuelle_Trends_und_zuk%C3%BCnftige_Potenziale.pdf

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https://www.weltderphysik.de/gebiet/materie/news/2019/selbstreinigendes-glas-nach-schmetterlingsart/

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Forscher entwickelten bereits zahlreiche selbstreinigende Oberflächen, die Flüssigkeiten wie Wasser, Blut oder Öl mühelos abperlen lassen. Doch die im Labor gefertigten Materialien waren bislang nicht sehr durchsichtig. Dieses Problem lösten Materialforscher nun mit einem dünnen nanostrukturierten Glas. Wie sie in der Fachzeitschrift „Materials Horizons" berichten, dienten ihnen die selbstreinigenden und durchsichtigen Flügel des Glasflügelfalters als Vorbild.

Paul Leu von der University of Pittsburgh in den USA und seine Kollegen verwendeten als Basis für ihre Prototypen hauchdünne Silikatgläser. Um später verschiedenste Flüssigkeiten abzuweisen, ätzten die Forscher asymmetrisch angeordnete Nanostrukturen in die Gläser. Anschließend versiegelte das Team die Oberflächen mit einer Schicht aus Siliziumdioxid.

Nach diesen beiden Prozessschritten ließen die Gläser immer noch 99,5 Prozent des sichtbaren Lichts hindurch und waren wie gewünscht omniphob - stießen also diverse Flüssigkeiten ab. „Zudem beschlagen unsere Gläser selbst in einer sehr feuchten Atmosphäre nicht", sagt der beteiligte Forscher Sajad Haghanifar.

Nach Aussage der Wissenschaftler konnte bisher kein anderes Material all diese Eigenschaften in sich vereinen. Mögliche Anwendungen sehen sie in optischen Messgeräten, die auch in feuchter Umgebung einwandfrei funktionieren müssen oder auch in neuen schmutzabweisenden Deckgläsern für Displays.

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Forscher entwickelten bereits zahlreiche selbstreinigende Oberflächen, die Flüssigkeiten wie Wasser, Blut oder Öl mühelos abperlen lassen. Doch die im Labor gefertigten Materialien waren bislang nicht sehr durchsichtig. Dieses Problem lösten Materialforscher nun mit einem dünnen nanostrukturierten Glas. Wie sie in der Fachzeitschrift „Materials Horizons" berichten, dienten ihnen die selbstreinigenden und durchsichtigen Flügel des Glasflügelfalters als Vorbild.

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https://www.dfs-schule.de/pdf/bionik.pdf

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https://www.rhein-neckar.ihk24.de/innovation/innovationsberatung/technologietrends2/bionik-vorbild-natur-4869748

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Bionik beschreibt ein kreatives Umsetzen von Lösungen aus der Biologie und Natur in die Technik und Ingenieurswissenschaften. Dazu arbeiten Ingenieure, Architekten, Physiker, Chemiker und Materialforschern eng mit Biologen zusammen, um in der Natur vorhandenen Lösungen auf technische Problemstellungen zu übertragen.

Was ist das Ziel?

In vielen Milliarden Jahre entstanden optimierte biologische Strukturen, die auch für technische Lösungen von hohem Interesse sein können. Diese Strukturen stellen einen riesigen Innovationspool für technische Lösungen dar und liefern Ideen für nachhaltige und vor allem oft unerwartete innovative Anwendungen.

Die interdisziplinäre Bionik zielt auf ein durch die Natur angeregtes "Neuerfinden", nicht aber auf reine Kopien natürlicher Vorbilder. Selbst wenn die Natur mit einer scheinbar perfekten Lösung aufwartet - einfach kopieren lässt sich kaum etwas. Von der biologischen Lösung bis zu einer technischen Umsetzung sind noch viele Entwicklungsschritte notwendig, um hier denselben Effekt zu erzielen. Entscheidend ist bei der Bionik aber das Verständnis für das zugrunde liegende Prinzip.
Dabei überzeugt Bionik als Innovationsmethode. Bionik kann für jede konkrete technische Fragestellung aus Vorbildern der Natur Antworten und Lösungen finden.

Arbeitsbereiche der Bionik

1. Konstruktion: Bauteile nach biologischen Vorbildern

2. Oberflächen: technische Oberflächen mit neuen Eigenschaften

3. Robotik: Entwicklung von Robotern

4. Laufen, Schwimmen, Fliegen: Entwicklung von strömungsgünstigen Formen

5. Sensorik und Kommunikation: Entwicklung von Ortungssystemen

6. Optimierung: Verbesserung von Bauteilen und Konstruktionen

7. Materialien: Entwicklung neuer Materialien

Innovationskraft der Bionik

Die Bionik ist mittlerweile eine etablierte Innovationsmethode, die insbesondere in Deutschland eine Vielzahl an Produktoptimierungen und Neuentwicklungen hervorgebracht hat. Zu dem damit verbundenen Mehrwert gehört auch, dass bionische Produkte und Technologien umweltverträglich sind und durch die Wettbewerbsvorteile der Unternehmen Arbeitsplätze geschaffen und gesichert werden können.

Technische Beispiele aus der Natur übernommen

Dass man mit Hilfe der Bionik tatsächlich technische Vorbilder aus der Natur in techn. Lösungen umsetzen kann, zeigen viele Beispiele:

Lotus-Blatt: Hier wurde die Selbstreinigung der Blattoberfläche auf technische Oberflächen übertragen; z. B. bei Fassadenfarben.

Gecko: Hier wurde das Haften auf glatten Oberflächen des Geckos mit Hilfe von Nanostrukturen für klebstofffreies Haften nachgeahmt.

Fischflosse: Intelligente Strukturen für formschlüssiges Greifen z. B. Greifwerkzeuge.

Klette: Hier wurde ein in der Natur vorkommende Klettverbindung in ein Haftstruktursystem übertragen, welches zu der bekannten reversiblen Klettverbindung führte.

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bionik natur vorbild innovation evolution technologie lotuseffekt klettverschluss

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Bionik als ein Problemlöser der Industrie

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Bionik beschreibt ein kreatives Umsetzen von Lösungen aus der Biologie und Natur in die Technik und Ingenieurswissenschaften. Dazu arbeiten Ingenieure, Architekten, Physiker, Chemiker und Materialforschern eng mit Biologen zusammen, um in der Natur vorhandenen Lösungen auf technische Problemstellungen zu übertragen. In vielen Milliarden Jahre entstanden optimierte biologische Strukturen, die auch für technische Lösungen von hohem Interesse sein können.

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https://quizlet.com/de/384727046/arbeitsbereiche-der-bionik-flash-cards/

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Arbeitsbereiche der Bionik Flashcards | Quizlet

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Start studying Arbeitsbereiche der Bionik. Learn vocabulary, terms and more with flashcards, games and other study tools.

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da sind ausführliche beschreibungen der bereiche

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Der Begriff Bionik setzt sich aus den beiden Wörtern Biologie und Technik zusammen. Dementsprechend gestaltet sich auch das relativ junge und interdisziplinäre Forschungsfeld der Bionik: Strukturen und Prozesse in der Natur werden beobachtet und analysiert. Pflanzen und Tiere demonstrieren oft vorbildlich, wie bestimmte Herausforderungen am einfachsten und effizientesten bewältigt werden können. Die Erkenntnisse daraus und somit die Konzepte aus der Natur werden in technische Anwendungen und Lösungsstrategien umgewandelt.

Oft werden die Begriffe Bionik und Biomimikry gleichbedeutend verwendet. Genaugenommen lassen sie sich allerdings schon voneinander differenzieren: So sprechen ExpertInnen meist von Bionik, wenn es um Einzellösungen geht, wohingegen sich Biomimikry auf ein ganzes System bezieht.

Kleine Geschichte der Bionik

Der italienische Erfinder Leonardo da Vinci gilt als Pionier der Bionik. Im Jahr 1505 veröffentlichte er sein Manuskript „Über den Vogelflug" und verwendete seine Erkenntnisse aus der Beobachtung der Tiere für den Entwurf von Flugmaschinen nach dem Vorbild von Vögeln und Fledermäusen. Auch einen Hubschrauber konstruierte da Vinci, bei dem ihm die Frucht des Schneckenklees als Vorlage diente.

Die erste bionische Erfindung in Deutschland wurde im Jahr 1920 von Raoul Heinrich Francé patentiert: Ein Salzstreuer mit seitlichen Öffnungen. Francé orientierte sich dafür an der Samenkapsel des Mohns.

Im Jahr 1948 entwickelte der Schweizer Ingenieur Georges de Mestral den Klettverschluss. Das Haftprinzip biegsamer Widerhaken hatte sich der Jäger von Kletten abgeschaut, die er nach Jagdausflügen immer wieder aus dem Fell seines Hundes entfernen musste.

In den 1950er Jahren prägte Otto Schmitt den Begriff „biomimetics" bzw. „biomimicry". Er beschrieb damit die „Nachahmung von Leben" (bios-Leben, mimesis-Nachahmung) - also im Prinzip das, was heute im deutschsprachigen Raum unter dem Begriff Bionik verstanden wird.

Der deutsche Begriff Bionik geht jedoch ursprünglich auf die Bezeichnung „bionics" zurück, welche 1960 vom Luftwaffenmajor Jack E. Steele auf einer Konferenz erstmals verwendet wurde. [1] Im englischen Sprachraum begrenzt sich dieser Begriff zumeist auf die Konstruktion von künstlichen Körperteilen.

Anwendungsgebiete der modernen Bionik

Die Natur beeindruckt uns immer wieder mit ihrem riesigen Repertoire an Farben und Formen. Die Vielfalt der Lebewesen auf unserem Planeten ist allerdings nicht zufällig, sondern durch einen langen Evolutionsprozess über 3,8 Milliarden Jahre hinweg entstanden, und oft sind funktionale Wunderwerke das Ergebnis. Die Bionik hat dies erkannt und versucht, sich für technische Fragestellungen an oftmals genialen Lösungen der Natur zu orientieren und betrachtet Lebewesen mit dem Blick von TechnikerInnen.

Die sogenannte Analogieforschung versucht, die Lösung eines technischen Problems durch geeignete Vorbilder in der Natur zu finden. In einem „top-down-Prozess" wird zunächst das Problem definiert. Analogien in der Natur werden gesucht, diese werden analysiert, und schließlich wird an Lösungen für das Problem getüftelt. Die Gebiete, auf denen es großes Potential für Bionik und Biomimikry gibt, sind weitreichend. Der deutsche Zoologe Werner Nachtigall, einer der Pioniere der Bionik, gliederte die Bionik in die drei übergeordneten Disziplinen Konstruktionsbionik, Verfahrensbionik und Informationsbionik, innerhalb derer sich wiederum viele Fachrichtungen finden [1]. Beispiele dafür, wo die Trickkiste der Natur als Vorbild dient und die Bionik heute bereits Anwendung findet, sind unter anderem:

Oberflächendesign

Konstruktion von Maschinen angewandt

Bauwesen und Architektur

Transportwesen

Verbundmaterialien

Robotik

Der Artikel liefert im weiteren Verlauf einen Überblick über konkrete Anwendungsbereiche in den verschiedensten Sektoren [2].

Oberflächendesign

Der Lotuseffekt zur Selbstreinigung: Der deutsche Botaniker Wilhelm Barthlott entdeckte Mitte der 1970er Jahre den so genannten Lotus-Effekt, der die Selbstreinigungsfähigkeit von pflanzlichen Oberflächen beschreibt [3]. Die Lotusblume besitzt eine einzigartige Kombination aus wasserabweisenden Pflanzenwachsen und einer geeigneten Mikro- bzw. Nanostruktur, der bereits künstlich nachgemacht wurde. Der Lotus-Effekt kommt heute mittlerweile bei schmutzabweisenden Lacken, Farben, Fassadenputz und anderen Oberflächenbeschichtungen zum Einsatz.

Klettverschluss: Der Klettverschluss wurde 1951 vom Schweizer George de Mestral entwickelt. Die kleinen Widerhaken, die er sich von den Früchten des Klett-Labkrautes abgeschaut hatte, patentierte er und brachte seine Erfindung unter dem Namen Velcro (velours- Schlaufe, crochet Haken) auf den Markt.

Klebstoffe aus der Natur: Auch das mechanische Haftungsvermögen von Geckos, Libellen, Spinnen und Muscheln hat BionikerInnen inspiriert. Die Füße der Tiere sind mit vielen feinen Haaren bedeckt, und diese geniale Erfindung der Natur wurde bereits zur Entwicklung von Klebstoffen nachgeahmt. Diese finden beispielsweise im Fahrzeugbau Anwendung.

Antifouling-Oberfläche gegen Schiffsbewuchs: Ein Bewuchs von Schiffen aus Muscheln, Algen und Seepocken vergrößert deren Reibungswiderstand im Wasser und somit auch den Treibstoffverbrauch. Nach dem Vorbild von Delfinhaut, die durch ihre physikalischen Eigenschaften vor diesem Befall geschützt ist, wurden „Antifouling"-Farben für einen Anstrich von Schiffen entwickelt [4].

Haifischhaut zum Schwimmen: Die Untersuchung der Hautschuppen von Haifischen führte zur Entwicklung anderer Oberflächenmaterialien: Die feinen Rillen der Haifischhaut reduzieren die Reibung und werden bei künstlich hergestellten Folien zur Verkleidung von Flugzeugen sowie für die Fertigung von Schwimmanzügen von HochleistungssportlerInnen imitiert [5].

Haftmaterial von Kraken: MaterialforscherInnen haben mittlerweile auch schon das Haftmaterial von Kraken kopiert. Dieses weist eine filigrane Struktur auf, die im Gegensatz zu den feinen Härchen des Gecko auch bei Feuchtigkeit klebt [6].

Flugverkehr

Auch die Luftfahrt kann von der Natur lernen. Die Bionik hat das Fliegen überhaupt erst ermöglicht - Leonardo da Vinci hat mit seinen Flugmaschinen hier Pionierarbeit geleistet.

Flugzeugbau: Heute fließen hier bereits verschiedenste bionische Konzepte mit ein. So dienen beispielsweise Vogelknochen als Vorbild für ein gewichtsoptimiertes Design, das trotzdem die nötige Stabilität bietet. Das Flügelprofil ist in der Luftfahrt Vogelflügeln nachempfunden, um optimalen Auftrieb zu haben etc. Es wurde sogar schon ein Flugzeug gebaut, das mit den Flügeln schlagen kann - ein so genannter Ornithopter. Diese Flugmaschine konnte sich jedoch nicht durchsetzen.

Gleitflieger und Fallschirme: Bei der Konstruktion dieser Flugobjekte wurde das Prinzip von Pflanzensamen nachgeahmt.

Bauen und Architektur

Es gibt mittlerweile die „Bau- oder Architekturbionik", die Phänomene aus der Natur für Architektur und technische Funktionen von Gebäuden anwendet.

Baumstützen: Beim Bau des Stuttgarter Flughafens kamen spezielle Träger zum Einsatz, die als sehr filigrane Konstrukte nach dem Vorbild eines Waldes entstanden.

Lüftungssystem der Termiten: Das Prinzip der Lüftung von Termitenbauten wurde für Lüftungselemente von Bürogebäuden nachempfunden. Durch das Anlegen von Luftschächten, die ähnlich wie in einem Termitenbau zusammenhängen, können Gebäude fast ohne Heizung und Belüftungsanlage auf einer konstanten Innentemperatur gehalten werden.

Leichtbauweise: Auch für die Leichtbauweise von Gebäuden dient die Natur als wichtiger Ideenlieferant. Erkenntnisse aus dem Knochenbau werden für die moderne Leichtbauweise genutzt. Werden Stahlträger in Gebäuden nach dem Prinzip von Knochenbalken und Hohlräumen in Knochen angeordnet, kann besonders materialsparend gebaut werden. Ein prominentes Beispiel für diese spezielle Leichtbauweise ist der Eiffelturm in Paris.

Verbundmaterialien und Verpackungen

Hartes und bruchsicheres Perlmutt: Nach dem Vorbild von natürlichem Perlmutt, dem Baumaterial von Muscheln, konnte künstlich Keramik hergestellt werden. Dieser Verbundstoff - er besteht wie das Perlmutt aus unterschiedlichen Stoffen, daher der Name - hat sich als extrem fest und gleichzeitig äußerst zäh erwiesen.

Krebspanzer für Schutzkleidung und Panzermaterialien: Ein kleiner Krebs, der in den Tropen lebt, besitzt eine extrem harte Schutzschickt in seinem Panzer, der selbst dem heftigsten Aufprall standhält. Die Struktur dieses Panzers, der aus drei Schichten besteht, wurde nun für Schutzkleidung und Materialien zum Panzern nachempfunden. Diese ist hart, aber gleichzeitig vor Rissen und Brüchen geschützt. [7]

Baumrinde, Nuss- und Eierschalen als Verpackungsmaterial: In Zeiten der Klimakrise ist auch das Thema Plastik hochaktuell, und es wird vielerorts nach Alternativen fürs Verpacken gesucht. Hier könnten Bäume bzw. deren Rinde weiterhelfen: Diese kann durch ihre faserige Struktur mit vielen Hohlräumen mit geringem Gewicht, einem hohen Gehalt an Tannin, welches der Abwehr von Schädlingen dient, Wärme- und Kälteabwehr, Schutz vor ultravioletter Strahlung sowie Materialtransport für Nährstoffe und Abfallstoffe punkten. Auch Nuss- und Eierschalen sind bemerkenswerte natürliche Verpackungssysteme und schützen das Innere vor Stößen und Temperatureinflüssen. An umweltfreundlichen Verpackungsmaterialien nach diesen natürlichen Vorbildern wird aktuell noch gearbeitet.

Robotik und Sensorik

Auch natürliche Bewegungsabläufe von Tieren und Menschen werden analysiert und liefern Ideen für technische Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise als Vorbild für Roboter.

Wahrnehmung: Die Kenntnis der 3D-Wahrnehmung von Gottesanbeterinnen ist bereits in die Konstruktion einer speziellen Roboter-Navigation eingeflossen.

Fortbewegung: Es gibt auch schon Roboter, die wie Spinnen krabbeln oder wie Fische schwimmen. [8]

Sinneswahrnehmung: Auch einen Roboterarm, der fühlen kann, gibt es bereits.

Das Beobachten von Abläufen in der Natur hat auch in der Biomedizin zu zahlreichen Neuerungen geführt. So etwa bieten heute „Bionische" Prothesen bereits zusätzliche Funktionen im Vergleich zu herkömmlichen, wie beispielsweise eine sensorische Rückkopplung, erweiterte Bewegungsmöglichkeiten, eine möglichst intuitive Steuerung der Bewegungen und eine natürlichere Kosmetik. Näheres zur sogenannten Bionischen Rekonstruktion ist auch auf der Website der MedUni Wien nachzulesen. Und eine Kurzmeldung auf der Website von Open Science informiert über die Anwendung von Spinnenseide in der Medizin.

Bionik und Biomimikry könnten für die Probleme der Menschheit eine große Hilfe sein. So etwa wird das Verhalten von Tieren - wie beispielsweise Bienen oder Vögeln - in Gruppen untersucht, um deren kommunikatives Verhalten zu verstehen. Die beobachteten Mechanismen der Natur lassen sich auch auf Unternehmen, Organisationen und andere menschengeschaffene Systeme übertragen. Mithilfe bionischer Schwarmdaten sollen in Zukunft beispielsweise autonom fahrende Autos geregelt werden. Hummeln könnten optimierte Kfz-Routen aufzeigen und zum Umweltschutz beitragen, da es so zu weniger Emissionen kommen würde. Auch für Kreisläufe, Abfallvermeidung und Widerstandsfähigkeit soll die Biomimikry in Zukunft wichtige Ansätze liefern.

Gibt der Fortschritt dank Bionik und Biomimikry einerseits Hoffnung für die Zukunft, so gibt es hier teilweise auch kritische Stimmen: Vor allem der Nachbau von Roboter(teilen) nach Vorbild des Menschen wird oft auch mit Skepsis verfolgt. Roboter können heute schon komplexe Handlungen wie das Greifen und Orientieren eines Gegenstands selbst erlernen. Viele sehen hier eine große Gefahr, ob die Technik die Natur nicht einmal überholen wird.

In unserem Bionik-Quiz können Sie gleich Ihr Wissen zu diesem Thema testen!

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Bionik und Biomimikry - wenn die Natur als Vorbild dient | Open Science

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Der Begriff Bionik setzt sich aus den beiden Wörtern Biologie und Technik zusammen. Dementsprechend gestaltet sich auch das relativ junge und interdisziplinäre Forschungsfeld der Bionik: Strukturen und Prozesse in der Natur werden beobachtet und analysiert. Pflanzen und Tiere demonstrieren oft vorbildlich, wie bestimmte Herausforderungen am einfachsten und effizientesten bewältigt werden können.

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https://www.bionik-online.de/arbeitsbereiche/

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Bioniker erforschen Pflanzen und Tiere mit den Augen eines Ingenieurs, denn eigentlich sind sie nichts anderes als Konstruktionen der Natur allerdings mit einer Entwicklungszeit von vielen Millionen Jahren. Wenn heute ein neues bionisches Produkt entwickelt wird, arbeiten oft viele Wissenschaftler zusammen. Zum Entwicklungsteam können Biologen, Chemiker, Physiker, Designer, Architekten und Ingenieure gehören. Dabei können Lösungen für technische Probleme nach biologischen Vorbildern in vielen verschiedenen Arbeitsbereichen gefunden werden. Obwohl die Einsatzbereiche der Bionik sehr vielfältig sind, lassen sich sieben Bereiche unterscheiden, die im Folgenden anhand von Beispielen bionischer Produkte oder Methoden erklärt werden:

1. Konstruktionen

Entwicklung von technischen Bauten und Bauteilen nach biologischen Vorbildern

2. Oberflächen

Entwicklung von Oberflächen mit verbesserten oder neuen Eigenschaften

3. Robotik

Entwicklung von Robotern

4. Laufen, Schwimmen & Fliegen

Entwicklung von strömungsgünstigen Formen und Verbesserung von Antriebssystemen

5. Sensorik & Kommunikation

Entwicklung und Optimierung von Sensor-, Ortungs-, Orientierungssystemen sowie Computernetzwerken

6. Optimierung

Optimierung von Bauteilen und Leichtbaukonstruktionen

7. Materialien

Entwicklung von Materialien mit neuen Eigenschaften

Beispiel: Die Leichtbaustruktur von Pflanzen war das Vorbild für die Entwicklung des „Technischen Pflanzenhalms".
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Bioniker erforschen Pflanzen und Tiere mit den Augen eines Ingenieurs, denn eigentlich sind sie nichts anderes als Konstruktionen der Natur allerdings mit einer Entwicklungszeit von vielen Millionen Jahren. Wenn heute ein neues bionisches Produkt entwickelt wird, arbeiten oft viele Wissenschaftler zusammen. Zum Entwicklungsteam können Biologen, Chemiker, Physiker, Designer, Architekten und Ingenieure gehören.