Schaufenster der Wissenschaft Forschung für den Menschen (1): Bionik Vom 12.-17. September 2001, täglich 10.00 Uhr bis 20.00 Uhr Ort: Potsdamer Platz Arkaden Veranstalter: Forschungsmarkt Berlin Information: 030-314-23200 Themeninsel 1: Bionik Bionik und Design http://www.tu-berlin.de/presse/pi/2000/gif/pinguin.jpg Das Ziel der interdiziplinären Forschungsarbeiten zwischen Bionik und Design ist die Entwicklung neuartiger, industrieller Produkte mit veränderten Gebrauchs- bzw. Funktionsqualitäten über biologische und bionische Analogiebildungen. Yun-Yea Choi: Lichtobjekt "Chamäleon" Projektvorbild war die faszinierende Vielfalt an Formen, Farben und deren Wechselspiel in der Natur. Interessant waren dabei Farbphänomene, die im Tierreich der Kommunikation dienen, wie etwa die Farbanpassung des Chamäleons auf unterschiedliche Reizmuster. In Analogie zu diesen Farbreaktionen wurde ein Leuchtobjekt entwickelt, das computergestützt Farbwechsel und -zusammenspiel imitiert. Unterschiedliche Gestaltungen der textilen Oberfläche nach Vorbild pflanzlicher Zellstrukturen ermöglichen zusätzliche Variationen. Anne Dettmer: "Blatt-Stadt-Transformationen" Basis der gestalterischen Umsetzung in Flächen- und Raumstrukturen war die oft verblüffende Analogie zwischen den Makrostrukturen topografischer Darstellungen anthropogener Bebauungsmuster und Verkehrsnetze und natürlichen Mikrostrukturen, etwa den Adernetzen von Laubblättern. Moderne Textildruck-Technologien ermöglichen neben der Raum-Gestaltung eine Beeinflussung der Raum-Akustik. Verbunden mit adäquater Beleuchtung läßt sich so ein "physiologisches Klima" schaffen, dass Räume neu erfahren läßt. Hochschule der Künste Berlin Fakultät 2 Gestaltung, Institut für experimentelles Bekleidungs- und Textildesign Straße des 17. Juni 118, D-10623 Berlin Prof. Barbara Ehring, Tel: 030 3185-2051, ehring@hdk-berlin.de Yun-Yea Choi; e-mail: gutchoi@yahoo.de Anne Dettmer; e-mail: annedettmer@hotmail.com In Kooperation mit: Universität des Saarlandes, Institut für Zoologie, Technische Biologie und Bionik Dr. habil. Antonia B. Kesel Waschen mit Waben Wölbstrukturen in Form eines Hexagons bieten eine ideale Struktur aus der Natur, die höchste Stabilität bei geringem Eigengewicht verspricht. Diese Strukturen werden in Zukunft durch den Einbau in Waschmaschinen das automatische Waschen von Wäsche revolutionieren. Natürliche Wabenstrukturen für multifunktionellen Leichtbau Das Wölbstrukturieren nutzt das Prinzip der Selbstorganisation. Das haben wir von der Natur abgeschaut und dazu eine passende Technik entwickelt. Dabei entstehen regelmäßige, hexagonale Strukturen, die dem dünnen Material eine hohe Stabilität und weitere vorteilhafte Eigenschaften verleihen. Anwendungen sind: Die neue Wäschetrommel von MIELE für besonders feine Wäsche mit höchster Schleuderdrehzahl 1800 U/min, ferner eine blendfreie und filigrane Leuchte von SITECO sowie extrem dünne Strahlrohre für die Untersuchung von Elementarteilchen im Deutschen Elektronen-Synchrotron/DESY. Technische Fachhochschule Berlin Fachbereich Verfahrens- und Umwelttechnik Prof. Dr. Mirtsch Luxemburger Straße 10, 13353 Berlin Tel: 030 4504-2218, Fax: 030 5404-2242, dr.mirtschgmbH@onlinehome.de Selbstreinigung der Delphinhaut Die Selbstreinigung der Delphinhaut ist vorbildhaft für die Entwicklung umwelt-neutraler wasserbenetzter Oberflächenbeschichtungen, die gegen Aufwuchs durch Wasserorganismen wie Algen, Seetang oder Muscheln resistent sind. DFG-Projekt: Selbstreinigungseigenschaften der Delphinhaut: Der Delphinhaut-Effekt Die Selbstreinigungsfähigkeiten der Delphinhaut ebnen den Weg für eine neue Generation von Bewuchsschutzfarben (Antifouling). Die Delphinhaut wird seit Jahrmillionen geprüft und ist ein Beispiel dafür, wie sich die Natur ohne Gifte gegen Aufwuchs (Biofouling) wehren kann. In der Schifffahrt führt Aufwuchs zu gravierendem Qualitätsverlust der Schiffsaussenhaut und damit zur Erhöhung der Betriebskosten. Die neuartige patentierte Generation von umweltneutralen Bewuchschutzfarben basiert auf den Besonderheiten der Delphinhaut (Delphinhaut-Effekt): Diese ist extrem glatt, wird immerwieder erneuert und ist leicht durch Bewegung zu reinigen. Der Beitrag ist eine Zusammenarbeit der TU Berlin, der Tierärztlichen Hochschule Hannover und der Stiftung Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven. TU Berlin Institut für Lebensmitteltechnologie und Biotechnologie-Zentrum Prof. Dr. Lutz-Günther Fleischer Amrumer Str. 32, Berlin Fon: 030.314 275-89, Fax: 030.314 275-18, L-G.Fleischer@GMX.net Fachgebiet Prozesstechnische Grundlagen der Lebensmitteltechnologie TU Berlin Fakultät III - Prozesswissenschaften (ehem. Fachbereiche 6 und 15) WWF: Delfinhaut ersetzt Antifoulings? 11.5.2001. Der World Wildlife Fund (WWF) hat gemeinsam mit der Forschungsstelle Küste des niedersächsischen Landesamtes für Ökologie und dem Labor für aquatische Forschung (LimnoMar) die erstaunlichen Eigenschaften des Fells von Seehunden genauer untersucht. Wegen seiner feinen und flexiblen Struktur können sich darauf keine marinen Organismen festsetzen, das Fell bleibt dauerhaft sauber. Die Forscher imitierten inzwischen die Oberfläche mit PUR-Fasern, was sich auch an Container- und Kreuzfahrtschiffen direkt als hochseetauglich erwies. Die nur einen Millimeter kurzen feinen Fasern stehen senkrecht hoch und werden vom Wasser permanent in Bewegung gehalten. Dies sorge dafür, dass sich Bewuchsorganismen nicht ansiedeln können, wodurch sich die Oberfläche immer wieder selbst reinigt. Die Forschungen werden an der tierärztlichen Hochschule Hannover und der Technischen Universität Berlin fortgesetzt. Bis sich die Oberflächen, die der Meeresfauna abgeschaut sind, wirklich durchsetzen können, wird allerdings noch einige Zeit vergehen. PE TU Berlin Bionik - die Natur hat es vorgemacht Dass die Wissenschaft bei Lösungen technischer Probleme einiges von der Natur lernen kann, zeigen Forscher vom Fachgebiet Bionik und Evolutionstechnik. Aus Vorbildern der Natur lassen sich erstaunliche und effektive Lösungen für technische Fragestellungen von heute entwickeln. Zum Beispiel kann bei Flugzeugen der Energieverbrauch durch pinguinähnliche Rümpfe gesenkt werden. Das Flugverhalten von Flugzeugen könnte verbessert werden, indem die Tragflächen Konstruktionen erhalten, die den Deckfedern eines Vogelflügels nachempfunden sind. Raffinierte Methoden zur Energieeinsparung haben auch Wassertiere wie Haie oder Delphine entwickelt: Wie diese "biologischen Tricks" mit Haifischschuppen oder Delphinhaut funktionieren, kann man sehen, wenn man nach dem biologischen Vorbild gestaltete Strömungskörper in einem mit Wasser gefüllten Fallrohr abwärts gleiten lässt. Biblisches Zitat ... und sie sollen eine Decke aus Delphinhaut darüber legen und ein Tuch ganz aus violettem Purpur oben darüber breiten und ihre Stangen daran anbringen. WAZ 4. 3. 2001 Im Wasser gleiten wie in Götterspeise Delphine sind schnell. Sie können mit bis zu 60 Stundenkilometern durchs Wasser gleiten. Das verdanken sie ihrer besonders strukturierten, von Pflanzenbewuchs freien Oberfläche. Wieso ist dies etwa beim Wal anders ? Für diese Besonderheit interessiert sich Prof. Lutz - Günther Fleischer von der technischen Universität Berlin. "Wir wollen herausfinden, wie sich die Delphinhaut den Bewuchs vom Leibe hält. Die Ergebnisse können auf technische Oberflächen übertragen werden und den Schiffsbau revolutionieren." ... Bionik - Wie intelligent ist die Natur? 1. Was ist Bionik ? 2. Beispiele für unbewusstes Kopieren natürlicher Konstruktionen 3. Beispiele für bewusstes Kopieren natürlicher Konstruktionen 4. Staunenswerte Techniken in der Natur, die bislang weitgehend unverstanden und/ oder technisch unerrreichbar sind Physik ist Grundlagenforschung 3.5 Physik und Biologie 3.5.6 Ein Blick in die Zukunft DelphySkin: Energetische Reibungswiderstandsaufhebung für Boote Rostschutz vom Delphin Die Natur war wieder einmal Vorbild für eine technische Entwicklung. Forscher der Universität Berlin, der Hochschule Hannover und des Alfred-Wegener-Institutes wollen Schiffe mit einem Rostschutzanstrich ausstatten, den sie der Haut von Delphinen abgeschaut haben. Die Haut der Delphine produziert eine enzymatische Substanz, mit deren Hilfe marine Kleinstlebewesen die auf der Haut ansiedeln wollen abgestoßen werden. Auf der Haut bildet sich ein gel-artiger Film an dem das Wasser widerstandslos entlangströmen kann. Die Forscher sind sicher, daß diese "selbstreinigende Oberfläche" den Schiffsbau revolutionieren wird. Am Schiffsrumpf setzen sich normalerweise Mikroben, Algen oder Seepocken fest. Dieser sogenannte Biofouling verursacht Rostfraß und läßt außerdem durch höheren Strömungs-widerstand den Treibstoffverbrauch steigen. Um dies zu verhindern wird bisher ein hoch giftiger Antifouling-Anstrich aufgetragen. Die künstliche Delphinhaut würde deshalb die Umwelt enorm entlasten. - bdw 5/2001 A.W. Bionik im Dienste der Menschen Bionik und Evolutionstechnik / Einleitung Aufgabe der Bionik ist die Analyse von biologischen Prozessen und Strukturen und deren technische Synthese in Konstruktionen von morgen. Die Idee der Bionik gründet sich auf die Tatsache der Evolution und Ko-Evolution in der Natur. Die Techniken des Lebens sind optimiert und aufeinander abgestimmt. Es ist eine Chance, durch Nachbildung biologischer Prinzipien eine leistungsfähige Lösung zu erhalten, die zugleich in die Umwelt passt. Herausragender Teil der Bionik ist die Evolutionstechnik. Technische Systeme werden nach Regeln der biologischen Evolution entwickelt. Denn nach 3 Milliarden Jahren Arbeitszeit hat sich die Evolution selbst wirkungsvollstes Arbeiten beigebracht. Langsamentwickler mit uneffektiven Vererbungsregeln sind ausgestorben. BerliNews, 11. 6. 2001 Bionik-Kompetenznetz an der TU Berlin BMBF vergibt 4,7 Millionen Mark für drei Jahre Berliner Windkraft Anlage BERWIAN Es wäre großartig, ließe sich der Wind beschleunigen, bevor er einen Rotor antreibt. Doch Wind läßt sich nicht durch einen Trichter zwängen. Erst die Entdeckung, daß die Wirbelspule am aufgespreizten Vogelflügel einen Strömungsbeschleuniger bildet, führte zur Konstruktion eines funktionierenden Windkonzentrators. Die Berliner Windkraftanlage BERWIAN wird so zu einer Maschine, die Leistung aus der Drehzahl und nicht aus den Kräften bezieht. Das entspricht der Denkweise des modernen Maschinenbaus. - Laut Theorie kann eine Windkraftanlage nicht mehr als 59,3% der auf die Stirnfläche auftreffenden kinetischen Energie des Windes ernten. Diese physikalische Schranke kann natürlich auch von BERWIAN nicht übertroffen werden. 6. BERWIAN (Berliner Windkraft Anlage) - Vom gespreizten Vogelflügel zur Konzentrator-Windturbine Delfin-Ultraschall zur Unterwasserkommunikation Unter dem Wasser ist eine Unterhaltung über Radiowellen physikalisch nicht möglich. Eine Alternative, die auch Taucher verwenden, ist die Kommunikation über Ultraschallsignale. Eine Unterwasserkommunikation, die mit Ultraschall arbeitet, muss mit starken Signalverzerrungen und hohem Signalrauschen zurecht kommen. Der Delfinschrei besitzt diese Eigenschaften. Sein besonderer Klang entsteht, indem der Delfin die ganzzahligen Vielfachen des Grundtones ein- oder ausblendet: Das heißt, der Delfin morst mit seine Oberschwingungen. Die Firma EvoLogics, eine TU-Ausgründung, arbeitet am technischen Nachbau des Sonarsystems der Delfine. "Photobiologische Wasserstoffproduktion" Bereits seit langem ist bekannt, dass in der Natur vorkommende Purpurbakterien fähig sind, aus Kohlehydraten, Wasserstoff zu bilden. Dieser Prozeß wird hinsichtlich seiner Wasserstoffproduktionsrate und insbesondere auch seiner etwaigen technischen Nutzbarkeit seit langem am Fachgebiet Bionik und Evoltuionstechnik der TU Berlin technisch reproduziert. Ein ebenso wichtiges Element der aktuellen Forschung ist die Bereitstellung der notwendigen Kohlehydrate durch geeignete Symbiosepartner - beispielsweise Grünalgen. Zu sehen ist eine einfache Wasserstoffproduktionsanlage, bei der mit Hilfe eines synthetischen Nährmediums unter Glühlichtbestrahlung Wasserstoff bereitgestellt und in einer Brennstoffzelle in elektrische Energie gewandelt wird. Sandfisch - Vorbild für die Reibungsminimierung Die Evolution hat raffinierte Tricks erfunden, um die Strömungsreibung bei schnellen Wassertieren zu reduzieren. (Delfinhaut, Haifischschuppen, Fischschleim, etc.) Der Sandfisch der Sahara (eine Glattechse) schwimmt unter dem lockeren Dünensand und hat so besonders gegen die Reibung zu kämpfen. Im Sommer 2000 wurden in der Wüste Erg Chebbi am Rande der Sahara erste Messungen des Reibungskoeffizienten von Sandfischen durchgeführt. Das Ergebnis: Die glatte Oberfläche der Sandfischschuppen läßt polierten Stahl, Glas und Teflon hinsichtlich der Sandreibung deutlich hinter sich. Es ist nun Aufgabe der Bionik, die Wirkung der Sandfischbeschuppung zu verstehen und nach dem Vorbild der Natur neue Oberflächen minimaler Festkörperreibung zu schaffen. Lilienthal - Vogelflug - Menschenflug Technik nach dem Vorbild der Natur: Das Flugzeug ist so entwickelt worden. Lilienthal hat akribisch den Vogel kopiert. Und nach 100 Jahren Flugzeugentwicklung ist der Vogel immer noch für Innovationen gut. Neueste Flugzeugkonstruktionen besitzen schwungfederähnliche Flügelspitzen, und es ist vorauszusehen, daß die biologisch inspirierte Entwicklung von einem Flügelohr bis zum vielfach aufgespreizten Raubvogelflügel weitergeht. - Und so wie die Birgen-Air-Maschine vor der Dominikanischen Republik wird ein Vogel nicht abstürzen. Bevor der Auftrieb des Flügels durch Überziehen zusammenbricht, richten sich seine Deckfedern wie Rückschlagventile auf und der Strömungsabriss wird vermieden. Bioniker versuchen, auch diesen Trick des Vogelflüges am Flugzeug anzuwenden. Evolution à la Darwin in der Technik Mathematisch-technische Optimierung und biologische Evolution besitzen in den Augen vieler geradezu gegensätzlichen Charakter. Hier das geplante intelligente Vorgehen des Ingenieurs, dort das verschwenderische Zufallsspiel der Natur. Doch die Theorie der Evolutionsstrategie beweist: Die Evolution arbeitet raffinierte als viele Optimierungsverfahren. Mit einer Evolution à la Darwin lassen sich Flugzeugflügel optimieren, Luftschiffrümpfe entwerfen, Brücken konstruieren, Teleobjektive auslegen, elektronische Schaltungen projektieren, neuronale Netze trainieren und Kaffeemischungen zusammenstellen. Evolutionsstrategien werden zunehmend von Ingenieuren und Informatikern als universelles Entwicklungswerkzeug eingesetzt. Übersicht über die Exponate Faszination Forschung erleben: Bionik & Evolutionstechnik - TU Berlin Technische Universität Berlin Fachgebiet Bionik und Evolutionstechnik Prof. Dr.-Ing. Ingo Rechenberg, Dipl.-Ing. Michael Stache, Dipl.-Math. Ivan Santibanez-Koref, Dipl.-Ing. Ivo Boblan, Dipl.-Ing. Lutz Schäfer, Dr. Rudolf Bannasch Ackerstraße 76, D-13355 Berlin Tel: 030 /314-72655, Fax: 030 /314-72655, bionik@bionik.tu-berlin.de www.bionik.tu-berlin.de - www.bionik-netz.de Biologie und Technik: Zukunfts-Technik lernt von der Natur Virtuelles Siemens-Forum Wien im Naturhistorischen Museum 25. April bis 19. August 2001 Fotogalerie BerliNews, 28.11.1998 Vorbild Natur: Unverschmutzbare, neue Werkstoffe Die Kandidaten des Deutschen Zukunftspreises (1): Prof. Dr. Wilhelm Barthlott, Universität Bonn Der fliegende Fisch Flug eines Modell-Luftschiffs nach bionischen Prinzipien über dem Potsdamer Platz Luftffisch No 1 in Pinguinform Luftffisch No 1 ist ein 9,7m langes und 19,5 kg schweres, ferngesteuertes Luftschiff in halbstarrer Bauweise. Neben dem Ziel ein leichtes und hoch manövrierfähiges Luftschiff zu konstruieren, sollte es einen minimalen Luftwiderstand aufweisen. Dies konnten die Studenten der Projektwerkstatt durch Zusammenarbeit mit Dr. Bannasch vom Institut für Bionik und Evolutionstechnik verwirklichen. Aufbauend auf seine Forschungsergebnisse ist die Form des Luftffisch No 1 vom besonders strömungsgünstigen Körperbau des Pinguins abgeleitet worden Die gute Monövrierbarkeit des Luftschiffes wird durch eine Schubvektorsteuerung und einen schwenkbaren Bugstrahl antrieb erreicht. Im Hinblick auf eine möglichst leichte Konstruktion, wurden Materialien wie Alumium, und verschiedene Verbundstoffe verwendet. Vornehmliches Einsatzgebiet des Experimentalluftschiffes sind Kamera- und Meßflüge. Geplant ist Luftffisch No 1 als voll automatisch fliegendes Luftschiff weiter zu entwickeln. Technische Universität Berlin Fachbereich Verkehrswesen und angewandte Mechanik Institut für Luft- und Raumfahrt. Projektgruppe "Luftffisch" Marchstraße 12-14, D-10587 Berlin Tel. 030 314-21441, Fax 030 314-22955, florian.böhm@tu-berlin.de 7. Pinguine und Polarbionik - Energetik des Lebens in der Extreme als Vorbild für die Technik Leben und Überleben an den Kältepolen der Erde fordern das Extremste was die evolutive Anpassung hinsichtlich des ökonomischen Umgangs mit Energie hervorbringen kann. Kein Luxus, Funktionalität pur - und doch prosperiert das Leben. Wie schafft es ein Adelie-Pinguin mit dem Energieäquivalent eines Liters Benzin über 1500 km weit im Eismeer zu schwimmen? Wie gelingt es dem Albertros tagelang ohne einen Flügelschlag über die sturmgepeitschte See dahinzugleiten? Die Erforschung solcher Geheimnisse führt zu Einsichten auf dem Gebiet der Strömungsmechanik, deren technische Nutzung unsere Transportsysteme verbessern könnten. "FORSCHUNGSMARKT BERLIN - News" wird herausgegeben vom Forschungsmarkt Berlin in Zusammenarbeit mit dem Pressebüro Manfred Ronzheimer. Verantwortlich für den Inhalt: Manfred Ronzheimer. Adresse der Redaktion: Pressebüro Manfred Ronzheimer Lauterstr. 35, 12159 Berlin Tel: (030) 85 99 98 43 Fax: (030) 85 99 98 44 e-mail: Ronzheimer@berlinews.de Copyright © 1999 by Manfred Ronzheimer 2407