Ingo Rechenberg

PowerPoint-Folien zur 1. Vorlesung „Bionik I“

Einführungsvorlesung

„Vorbild Natur für Technologien der Zukunft“

Was ist Bionik

1

Schleimklumpen in der Ursuppe der

Erde

2

Im Urozean entwickeln sich die

Fische

3

Vorsichtig erobert das Leben das

Land

4

Unsere Vorfahren erklettern die

Bäume

5

Die Krönung der Evolution ist

beeindruckt und denkt über die

Nutzung weiterer Evolutionsergebnisse

nach

Bionik: Studium von Ergebnissen der biologischen Evolution

aus der Sicht des Ingenieurs !

Sternstunden der Bionik 1

3. Multiwinglets

9. Sandfisch-Effekt

2. Rot-grün-blau-Farbcode

6. Neuronale Netze5. Lotus-Effekt

1. Flugzeug

4. Ablösebremse

10. Bionik-Pumpe8. Evolutionsstrategie

7. Gecko-Tape

Sternstunden der Bionik 2

11. Delfin-Modem

14. Lobster-Teleskop

18. Micro-Air-Vehicle19. Riblet-Oberfläche

15. Nebelkollektor-Käfer

16. Hai-Antifouling

17. Berwian

12. Mottenaugen-Effekt 13. Künstlicher

Spinnenfaden

20. Wirbeldämpfungdurch Fischschleim

Vorbild Natur für

Technologien der Zukunft

Der Blick in die Zukunft ?

Flugmaschinen schwerer als Luft sind nicht möglich

L. K. (1895)Lord Kelvin

Der Blick in die Zukunft ?

Bionische Fertigungstechnik

Bionik pur: Die gereiften Automobile werden eingefahren

Heute

Spanende Fertigung

Wachsende Fertigung

Bionik-Bad

Späne

Morgen

Samenzahnrad

Vermehrungsbad

Zukünftige Massenfertigung

Maßstabsänderung durch

skaliertes Wachstum

Skalierer

Von „Makro“

zu „Nano“

Zwei neue Wissenschaften entstehen

Replionik

Auxonik

Wissenschaft selbst replizierender Strukturen

Wissenschaft wachsender Strukturen

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Nahrungsmoleküle

Startmolekül

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Dissoziation

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

MorphJet 7

MorphJet 7

MorphJet 7

Morphofluid nachfüllen

Morphokeim einsetzen

Produkt im GNN anwählen

Phänodukt entnehmen

GNN

M o rp h J e t7

www

3D-Drucker durch

simuliertes Wachstum

Streichen ErntenFormieren

Vo lta

Elektrode Elektrode

Die Solarfarbe BRESOPAN

® (self breeding solar paint)

Materialien und Funktionswerkstoffe

Selbstausrichtung der Knochenbälkchen

Werkstoff Ossit®

Ossit

®-Brücke am Eröffnungstag

20 Tage später

05t,55t,2 t0

40 Tage später60 Tage später

Selbststrukturierung einer Ossit ®-Brücke

unter zunehmender Belastung

In der Zukunft:

NovoOssitWeiterentwicklung von Ossit® zum:

Selbstheilung

NovoOssit

Straße der Zukunft

Durch Selbstheilung wird eine Haltbarkeit von 50 Jahren garantiert

Straßenschäden wachsen zu

Annelidin

®

Ingerferm

®

Drei weitere bionische Werkstoffe der Zukunft

Wassermörtel nach dem Vorbild der Wattwürmer (Phylum annelida)

Wasserverfestiger nach dem Vorbild der Schleimaale (Inger)

Resilinex

®

Fast perfekter Gummi nach dem Vorbild des Rückschnellproteins (Resilin) in den Flügelgelenken der Heuschrecke

Ohne den biologischen Gummi Resilin könnte der Floh nicht mit 200 g beim Absprung beschleunigen

1020

3040 50

100

60cm

cm

Wirkungsgrad 99%

Resilinex ®-Superball des Jahres 2060

Mobilität Ende des 21. Jahrhunderts

Verkehrsflugzeug der Zukunft

80% weniger Treibstoff als 2010 durch:

Multiwinglets (Vorbild Vogel)

Mikro-Längsrillen (Vorbild Haifisch)

Integralantrieb (Vorbild Schwingenflug)

Nachgiebige Oberfläche (Vorbild Delfin)

Verkehrs U-Boot der Zukunft

90% weniger Treibstoff als 2010 durch:

Elastisch dämpfende Haut (Vorbild Delfin)

Mikro-Längsrillen (Vorbild Haifisch)

Mikro-Blasenschleier (Vorbild Pinguin)

Integralantrieb (Vorbild Qualle)

Das Propeller-Sieb-Modell

Sieb

Propeller (erzeugt Schub))

(erzeugt Widerstand)

Propeller Strahl

Sieb Nachlauf

Verlu

sten

ergie

Keine

beweg

te L

uftZwei Propeller-Sieb-Vehikel durchfliegen einen Raum

Integrale Antriebe in der Natur

Fisch

Vogel

Paramecium

Qualle

Manta

Aal

Schaumschläger

Ein unmöglicher Antrieb

2000 auf dem Fährschiff bei Gibraltar nach Afrika

Bionik der Abfallbeseitigung

Entwicklung der Protein-Mimese

2010

PROMIM®

?2010

AugenlinseSpinnenfaden

Nervenzelle

LEGO

Biologische LEGO-Moleküle Aminosäuren ( 20 Elemente )

Protein Moleküle

PROMIM Moleküle

Bionik LEGO-Moleküle

24 Elemente

Alles auf einen Haufen

Abbau von PROMIM- Produkten

Beschleuniger

Computation und das Globale Neurale Netz

Das „world wide web“ (www) 2010

Von Neumann Maschinen

Das „Global Neural Net“ (GNN) 2070

Neuronen-Computer

An künstliche Sinnesorgane angekoppeltes Paralleles Neuronales Netz (PNN)

„Das Zweitgehirn in der Hosentasche“

Kochloiden, Robokrebse und Robobienen

Künstliche Marienkäfer (Studie)

Vorbild für eine „bionische Putzschabe“

Kochloid beim Fensterputzen

Stopfkrebse dichten einen Deich mit Annelidin® und Igerferm

®

Annelidin

®

Ingerferm

®

Wassermörtel nach dem Vorbild der Wattwürmer (Phylum annelida)

Wasserverfestiger nach dem Vorbild der Schleimaale (Inger)

Zur Erinnerung !

… An diesen Bienen fiel zunächst die Größe auf.

… Sie hatten etwa den Umfang einer Walnuss, die noch in der grünen Schale steckt.

… Zapparoni, dieser Teufelskerl, hatte wieder einmal der Natur ins Handwerk gepfuscht… Wahrscheinlich saß er dort behaglich bei seinen Büchern und verfolgte zuweilen auf dem Bildschirm, was ihm die „Glasbiene“ sendete.

Roman (1957)

Rekonstruktion von Jüngers Glasbiene

Text

Biene und

Micro Air Vehicle (MAV)

Mikro Air Vehikel

des Instituts

Schwarm-Ingenieurwesen (Hesmonik)

Schwarm künstlicher Libellen auf

dem Patrouillenflug im Jahr 2070

Künstliche Libellen inspizieren einen Abwasserkanal

Lawinenopfer unter den Schneemassen

Elektrischer Sinn des Hais

Beutetiere unter dem Meeresboden

Libelloide formen eine Antenne zur Detektion von Lawinenverschütteten

Nano-Biosensoren und „der sechste Sinn“

Einmolekülmessgerät

Seidenspinnermännchen

Molekülkescher

!

Die Kunst ein Molekül zu fangen und zu identifizieren

Einmoleküldetektion durch eine Katalysatorkaskade

Rezeptor

Signalmolekül100

10 000

Katalysator

Katalysator

Katalysator

1

Kartoffelfeld

Libelloid mit Einmoleküldetektor

eliminiert einen Kartoffelkäfer

Grünblattduft

Bionik im Bauwesen

Zukunft:

Radiforen begründen

die Fundamente

von Hochhäusern

Tamariske: Wurzeltiefenrekord 65 m

radix = Wurzel

forare = bohrenLatein:

Radioforen in Aktion

Bionik in der Raumfahrt

Von-Neumann-Sonden streunen im All

Terraleben breitet sich aus

Venus Ballon versprüht ABOs (Artifizielle Ballon Organismen)

Terraforming der Venus im Jahr 2090

Venus Atmosphäre

96.5% C

3.5% N2

O2

Tabacha

und

Tabbot

Tabbot erntet Helium drei

Ende

www.bionik.tu-berlin.de

Aus dem Inhalt des Romans:

Der ausgediente preußische Rittmeister Richard bewirbt sich um eine Stelle im Unternehmen des Konzernchefs Zapparoni. Zapparoni stellt miniaturisierte Maschinen und Spielzeuge her. Die Stelle soll auf PR-Tätigkeit hinauslaufen, die Richard missbilligt. Sind doch er und seine Kavallerie-Kollegen durch Maschinen (Panzer ersetzen Kavalleriehelden) erniedrigt worden. Auf das Vorstellungsgespräch wartend beobachtet Richard im Garten von Zapparonis Villa gläserne Bienen, wie sie von Blüte zu Blüte fliegend Nektar saugen, aber nicht (nachhaltig) bestäuben. Schließlich zerstört Richard einen der Mikroroboter und lehnt die angebotene Stelle ab. Erst auf Zapparonis Drängen erklärt er sich bereit, die Rolle eines Vermittlers zwischen den Ingenieuren und den Arbeitern der Fabrik zu übernehmen