Hightech nach einer Blaupause der Natur
VDI nachrichten, Düsseldorf, 11. 4. 08, ber – Bionik ist heute weit mehr als nur der von der Lotuspflanze abgeschaute Selbstreinigungseffekt für Oberflächen. Wer die Natur genau beobachtet, findet nahezu unbegrenzte Innovationsmöglichkeiten für seine Produkte. Auf einem Sonderstand in Halle 2 der diesjährigen Hannover Messe zeigen Ingenieure der unterschiedlichsten Fachrichtungen ihre neuesten Entwicklungen.
Lernen von der Natur – dieses Motto steht für Wissens- und Technologietransfer von der biologischen Grundlagenforschung in innovative Produkte und Verfahren. Die Bionik ist damit ein ergänzendes Werkzeug für die Lösung technischer Probleme und die Entwicklung technischer Innovationen. Der Themenstand Bionik in Halle 2 der Hannover Messe hat sich zur internationalen Plattform für bionische Anwendungen und Produktlösungen gemausert.
Die Firma Rittal, einer der weltweit führenden Anbieter für Gehäuse- und Schaltschranktechnik, sucht in der Natur regelmäßig nach Ideen für technische Produkte. Gemeinsam mit dem Bioniker Prof. Thomas Speck von der Uni Freiburg konzipiert das Herborner Unternehmen Kabeleinführungen, Leichtbaumaterialien, eine energieeffiziente Klimatisierung sowie Dämpfungselemente für Transportpaletten.
Dabei herausgekommen ist bereits eine Kabeleinführung für Schaltschränke nach botanischem Vorbild. Diese sollte breit genug sein, um das Kabel leicht aufnehmen zu können, zugleich aber Staub, Schmutz und Feuchtigkeit abweisen.
Für die Entwicklung standen gleich zwei Pflanzen Pate: die Venusfliegenfalle und der Waldkaktus. Die wie gefächerte Lamellen angeordneten Kakteenblätter bzw. Fangblätter der fleischfressenden Pflanze inspirierten die Forscher zu einer speziellen Faltstruktur, die auch an die japanische Papierbastelkunst Origami erinnert. Herausgekommen ist dabei eine simple, doch wirksame Manschette mit dem gewünschten Schutzeffekt.
„Unternehmen, die sich auf das Abenteuer Bionik einlassen wollen, sollten Entwicklungsteams disziplinübergreifend besetzen und die Zusammenarbeit möglichst langfristig anlegen“, empfiehlt Frederik Horn, bei Rittal zuständig für Hochschulkooperationen.
Geleitet vom perfekten Zusammenspiel von Muskeln und Sehnen an einem menschlichen Arm stellen die TU Darmstadt und die Ilmenauer Tetra GmbH in Hannover einen bionischen Roboterarm vor. Verglichen mit herkömmlichen Industrierobotern punktet „BioRob“ mit extremem Leichtbau, geringem Energieverbrauch und hoher Sicherheit in der Mensch-Roboter-Kooperation. Auch deshalb ist er prädestiniert für automatisierte Anwendungen in Industrie, Medizin oder im Labor.
Der bionische inspirierte Antrieb ist über elastisch verspannte Seilzüge an die Gelenke gekoppelt und implementiert so eine der Grundeigenschaften des Muskel-Sehnen-Apparates: Elastizität. Die verspannten Seilzüge ermöglichen zudem bei gleicher Traglast eine sehr leichte Konstruktion.
Bei einer Reichweite von ca. 1 m beträgt BioRobs max. Traglast rund 1 kg bei 3 kg Eigengewicht. Der vom Bundesforschungsministerium geförderte Roboterarm soll in den unterschiedlichsten Bereichen arbeiten – beim automatisierten Setzen von Pflanzenstecklingen ebenso wie in der Produktion kleiner Aluminiumobjekte mit kurzen Einrichtungszeiten sowie in der automatisierten Beschickung von Kryobanken mit biologischen Proben.
Nach dem Vorbild der Wasserjagdspinne, die nach der Jagd unter Wasser völlig trocken wieder an Land steigt, haben Forscher des Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV), Denkendorf, den Prototyp eines Gewebes entwickelt, das untergetaucht bis zu vier Tage lang trocken bleibt.
Während des Tauchens ist die Wasserjagdspinne von einer silbrigen Luftschicht umhüllt. Dies liegt an der haarförmigen Struktur auf ihrer Oberfläche. Zahlreiche kurze gebogene Haare legen sich wie die Bügel eines Fangeisens über die Luftschicht und halten diese, selbst wenn sie von Wasser umströmt werden.
Davon inspiriert entstand in Denkendorf ein Gewebe, das ebenfalls eine Luftschicht um das Textil schließt und es so trocken hält. Seine Oberfläche weist ebenfalls eine haarförmige, elastische Struktur auf. Durch ihre spezielle Anordnung und die gebogene Form vermögen die Filamente ähnlich wie die Spinnenhaare Luftbläschen einzuschließen. Zusätzlich ist der Stoff extrem wasserabweisend ausgerüstet.
Um daraus eine Badehose zu fertigen, ist der Prototyp zwar noch zu steif, doch gibt das Grundprinzip bereits jetzt genügend Stoff für zahlreiche weitere Produktideen. Dabei steht die deutliche Reibungsminimierung, die die Luftschicht erzeugt, im Vordergrund. Denkbar wäre der Einsatz bei Schiffen, um deren Treibstoffverbrauch deutlich zu senken. Ungelöst ist hierbei jedoch noch die Frage der Regeneration solcher Systeme. Aber vielleicht klärt auch dies ein Blick in die Natur.
BETTINA RECKTER
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