Bionik ein dynamischer ProzessDie Erforschung der Evolution und die Entwicklung der technischen Kultur

Die Anfänge• Der Traum vom Fliegen• Ikarus sollte Scheitern• Leonardo da Vinci ( 1452-1519) Künstler und

Universalgelehrter konstruierte legendäre Flugmaschinen nach dem Beispiel der Natur

• 1989 – Jahre danach testete der Rugbystar Rory Underwood den Nachbau…

Bionik eine vernetzte Wissenschaft• robuste Materialien• optimierte Mobilitätstechniken• energieeffiziente Bau- und Wohnformen• durchdachte Informations-und

Kommunikationsmechanismen• hochsensible Wahrnehmungssensoren• hocheffiziente Organisationsformen

• robuste Materialien• optimierte Mobilitätstechniken• energieeffiziente Bau- und Wohnformen• durchdachte Informations-und

Kommunikationsmechanismen• hochsensible Wahrnehmungssensoren• hocheffiziente Organisationsformen

Lernen von der Natur• Minimum-Maximum- Prinzip• Entwicklung im Versuchs – Irrtums-Prozess als

Methode• Optimierung des Ganzen statt Maximierung des

Einzelelements• Feinabstimmung gegenüber der Umwelt• Nutzung der Sonnenenergie• Vernetzung statt Linearität• Multifunktionalität• Recyclingfähigkeit für Nachhaltigkeit

Bionik als Impulsgeber • Auto-, Flugzeug-, Schiffs-, Bahn,-, Flugzeugbau• Architektur• Werstofftechnik• Informatik• Maschinentechnik• Computertechnik• Medizin• Kosmetik…

Wunderwerk Natur und Wunderforschung

• „es gibt keine Wunder für den, der sich nicht wundern kann“

• Was Kinder interessiert?- „ Wunderforschung“ ein lebenslanges Experiment

• Entdecken• Entschlüsseln• Übertragen• Modellbau und Konstruktion• Anwenden

Den Alltag erforschen

Begegnung mit bionischen Phänomenen im Alltag- Entwicklung eines Portfolios-Prozessdokumentation und ein Spaziergang im Wald…….

Raoul Francé in 1899

Die Pflanze als Erfinder

Bauen und Architektur1.Stabilität durch Knicke und Falten2.Sandwichstrukturen3.Bienenwabe- Wespennest optimale Räume und stabile Strukturen durch Selbstorganisation im Material4.Vorbild Fächerpalme 5.Pflanzentürme- Getreide- Bambus- und Schachtelhalme natürliche T- Träger durch Hohlräume im Zellaufbau flexible Stapelkonstruktionen stabile Röhre durch Ringknoten mit vernetzten Fasern

Oper Sydney

5.

Taipei 101, 508 m, Taipeh ( Taiwan)

Stapel und Pendel

2.

Baumaterialien• Sperrholzplatten- vernetzte Faserschichten• Biegsamkeit –Vorbild Zellwandaufbau bei

Gräsern• Papier- Bau der Wespen• Betonhart- Schnecken und Muscheln- Perlmutt- weiche und harte Stoffe werden

kombiniert - Plättchenstapel umgeben von einer Matrix- als Vorbild für unkaputtbare Verbundmaterialien- Stahlbeton-Druck- und Zugfestigkeit

Wärmedämmung• Wärmedämmende Materialien – Vorbild

Eisbärenfell- ein System zur Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie in Wärme

• Doppelwandige Haarzylinder- Umwandlung des kurzwelligen Lichtes in langwelliges Wärmelicht- schwarze Eisbärhaut als Wärmespeicher

Fortbewegung und Mechanik• der Propeller als Antriebssystem in der

Luftfahrt-Vorbild- Ahorn- Samen verbreiten sich durch Windflug- Drehpunkt-Samenkapsel- Rotation und Hub Experiment)

• Rotortechnik nach Vorbild der Libelle• Rückstoßtechnik – der Düsenantrieb der

Quallen und Tintenfische – Impuls und Impulserhaltung

Ein Fallschirm aus Härchen• Der sichere Sturz in die Tiefe- Samenkörper

des Wiesenbocksbartes „ Pusteblume“- der Schwerpunkt ist weit unten gelagert und die tragende Fläche des Härchenschirmes ist nach oben gebogen- stabiles kontrolliertes Fliegen

Pflanzenmuskeln- Material und Motor

Düsenantrieb aus dem Meer

Laufen Springen Kriechen Dehnen Schleichen Gehen Krabbeln Rollen Greifen Öffnen Schließen Öffnen Zusammenziehen Strecken Dehnen Laufen Springen Kriechen Tanzen Schleichen Gehen Krabbeln Rollen Greifen Öffnen Schließen Gehen Zusammenziehen Strecken DehnenSchleichen Gehen Krabbeln Rollen…

Zusammenspiel• Gelenken• Knochen• Muskeln -Spieler und Gegenspieler z.B. Beuger

und Strecker am Arm• Sehnen und Bänder• Nerven

Neue Materialien und Technologien

Bioverbundstoffe

Kombination von sehr leichten stabilen Pflanzenfasern mit einer Matrix aus herkömmlichen zunehmend auch biologisch abbaubaren Kunststoffen.

Abb. Karosserieteile bestehen aus einem Flachs- Baumwollgewebe gtränkt mit einem leinöl- Acrylat.Die Flachsfaser sorgt für Stabilität, Baumwolle ist dehnbar und kann Schläge abdämpfen.

Vorbild - Baum

• Nachwachsend, abbaubar, recycelbar• Struktur von Massivholz-= Bioverbundsystem• Lignin- natürliches Polymer als Füll- und Stützmaterial für

Druckfestigkeit• In diese Matrix sind unzählige Fasern aus Zellulose

eingebettet. Diese nehmen die Zugkräfte auf. Im Verbund besteht dieser Hochleistungsverbund den gewaltigen Stürmen und trägt die Last meterhoher Baumkronen.

Abb. Verbund aus Biokunststoff auf der Basis von einem Gemisch aus Maisstärke und Sojaöl werden Flachsfasern eingebracht- der Kern besteht aus Korkmatten

Abb.Basaltfaser-Steinfaser- temperatur und chemikalienbeständig

Hüllen und Schichten

• Oberflächenmaterialien die Schmutz abweisen, Schadstoffe abbauen, Bakterien bekämpfen oder sich bei Rissen und „ Kratzern selbst heilen können , sind durch neuartige Technologien im Mikro – und Nanobereich möglich.

Abb. Naturvorbild- Lotoseffekt- Oberfläche ist in Anlehnung an das Lotosblatt noppenartig geformt. Wasser perl tab und nimmt aufgelagerte Schmutzpartikel mit. Anstriche für Außenfassaden.Nanostruktur des Lotosblattes.unten- Lotoseffekt- Nano

Selbstheilende Kunststoffe ahmen das Prinzip der Haut nach-Membranaufbau

Abb. Prinzip –selbstheilender Kunststoff- Zikulation einer Reperaturflüssigkeit in einem materialinternen Kapillarsystem

SchadstofffilterSchmutz .Lärm, Strahlungen, Feinstaub- um Luftqualität- Gebäudeoberfläche kann hier als Filter dienen. Lebensqualität in Ballungszentren verbessern

Abb. Buchsbaumart bewachsenen Flächen überziehen die Fassade- vertikaler Garten besteht aus einem mit Substrat gefüllten Stahlboxen

Gefaltet- Technik des Faltens stabilisiert und formt zugleich. Einfachste Variante um aus einer 2-dimensionalen Fläche eine stabile dreidimensionale Struktur zu bauen.

Falten

1.

Wachsend, der Form folgend

• CAD generierte Modelle und Objekte lassen sich in einem material-additativen Verfahren in „3D“ ausdrucken. Das Computermodell wird rechnerisch in feine Schichten zerlegt, die danach lagenweise wieder aufgebaut werden. Flüssiger Kunststoff z.B. Epoxydharz wird durch einen so computergesteuerten Laser schichtweise verfestigt.

Stereolithografieverfahren

Abb. Raumgroßer Pavillion, Radiolaria- Andrea Morgante

Ähnlich einem Tintenstrahldrucker der räumlich druckt, wird ein Pulver mit einem Binder in Schichten aufgetragen, um dreidimensionale Objekte herzustellen. Das Verfahren ist relativ preisgünstig. Als Materialien kommen Stärke, Gips oderkunststoffbasierte Massen in Frage.Während des Konstruktionsprozesses verteilt der Druckkopf kontinuierlich das Bindemittel auf dem Sand in Schichtstärken von 5-60 mm..-2 Wochen maschinelles Drucken und eine Woche nachschleifen von Hand.

Dreidimensionaler Druck

Aufgeblasen

• Von der Luft getragende Strukturen- Membranteile• Tragwerke- Brücken• Raumsysteme- Trennwände- Raumkörper• Möbel- Metallhocker

Abb. Mobiles Trennwandsystem, das sich in der Tasche transportieren lässt.12kg- in 10 min aufgeblasen

Ein ganz neues Feld der Forschung sind neben den aufgeblasenen- inflated die deflated Strukturen. Auch über die Abwesenheit von Luft können Konstruktionen stabil gehalten werden. Vakuumgehaltene Membranstrukturen haben eine Füllung, die durch den Druck der äußeren evakuierten Hülle stabilisiert wird. Ein alltägliches Beispiel sind Kaffepulverblöcke als pneumatische Objekte.

Abb. Vakuumstabilisierte Brücke aus 40.000 Kunststoffbällen. Die Spannweite des Bogens beträgt 10 m.

Abb. Auch Blech lässt sich aufblasen. Aufeinandergelegte Bleche lassen sich auch entlang der Ränder verschweißen, sodass sie als geschlossene Kissen aufgeblasen werden können. Das Aufblasen der Objekte erfolgt mit Wasser bei einem Druck von 6-50 bar. Abhängig von der Blechstarke und der Form des Objektes. Bei gleichem Materialaufwand sind die so erzeugten Formen stabiler als vergleichbare Formen aus gekanteten Blechen, Es lassen sich transportable Bauelemente denken, die erst auf der Baustelle aufgeblasen werden.

Rematerialisierung- Second Life

• Re-Growing- Nachwachsend• Re- Cycelt- Kreislaufsysteme• Re-used- Wiederverwendet

aus Christiane Sauer, Made of.. Neue Materialien für Architektur und Design, Gestalten Berlin 2010, ISBN 978-3-89955-293-5