Bionik ein dynamischer Prozess Die Erforschung der Evolution und die Entwicklung der technischen...
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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