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

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Präsentation zum Thema: "Bionik ein dynamischer Prozess Die Erforschung der Evolution und die Entwicklung der technischen Kultur."—  Präsentation transkript:

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

2 Die Anfänge Der Traum vom Fliegen Ikarus sollte Scheitern Leonardo da Vinci ( ) Künstler und Universalgelehrter konstruierte legendäre Flugmaschinen nach dem Beispiel der Natur 1989 – Jahre danach testete der Rugbystar Rory Underwood den Nachbau…

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4 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

5 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

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

7 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

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

10 Raoul Francé in 1899 Die Pflanze als Erfinder

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12 Bauen und Architektur 1.Stabilität durch Knicke und Falten 2.Sandwichstrukturen 3.Bienenwabe- Wespennest optimale Räume und stabile Strukturen durch Selbstorganisation im Material 4.Vorbild Fächerpalme 5.Pflanzentürme- Getreide- Bambus- und Schachtelhalme natürliche T- Träger durch Hohlräume im Zellaufbau flexible Stapelkonstruktionen stabile Röhre durch Ringknoten mit vernetzten Fasern

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14 Oper Sydney

15 5.

16 Taipei 101, 508 m, Taipeh ( Taiwan) Stapel und Pendel

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18 2.

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21 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

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25 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

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28 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

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31 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

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33 Pflanzenmuskeln- Material und Motor

34 Düsenantrieb aus dem Meer

35 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 Dehnen Schleichen Gehen Krabbeln Rollen…

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38 Zusammenspiel Gelenken Knochen Muskeln -Spieler und Gegenspieler z.B. Beuger und Strecker am Arm Sehnen und Bänder Nerven

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42 Neue Materialien und Technologien

43 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.

44 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.

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

46 Abb.Basaltfaser-Steinfaser- temperatur und chemikalienbest ä ndig

47 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.

48 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

49 Selbstheilende Kunststoffe ahmen das Prinzip der Haut nach-Membranaufbau Abb. Prinzip –selbstheilender Kunststoff- Zikulation einer Reperaturflüssigkeit in einem materialinternen Kapillarsystem

50 Schadstofffilter Schmutz.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

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

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53 1.

54 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.

55 Stereolithografieverfahren

56 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 oder kunststoffbasierte 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

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

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

59 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.

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

61 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.

62 Rematerialisierung- Second Life Re-Growing- Nachwachsend Re- Cycelt- Kreislaufsysteme Re-used- Wiederverwendet

63 aus Christiane Sauer, Made of.. Neue Materialien für Architektur und Design, Gestalten Berlin 2010, ISBN


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