Biomimetik

Das vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg geförderte "Kompetenznetz Biomimetik - Pflanzen und Tiere als Ideengeber für die Entwicklung neuer Materialien und Technologien" ist ein interdisziplinär arbeitendes Netzwerk, dessen Akteure sich mit der systematischen Übertragung von Problemlösungen der Natur in technische Anwendungen befassen. Die Bionik, auch Biomimetik genannt, gilt als eine besonders innovative und zukunftsfähige Wissenschaftsdisziplin, die international wachsende Beachtung findet. Bionik steht für Wissens- und Technologietransfer von der biologischen Grundlagenforschung in innovative technische Produkte und Verfahren. Träger des Kompetenznetzes Biomimetik sind die Universitäten Freiburg, Tübingen und Stuttgart, das Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf, das Karlsruher Institut für Technologie und das Staatliche Museum für Naturkunde Stuttgart. Zusammen mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft entwickeln die Institute innovative Produkte und Technologien.

Auch in der Architektur spielt - nicht zuletzt unterstützt durch die Möglichkeiten des parametrischen Planes - die Bionik eine immer bedeutendere Rolle. Gräser und Schachtelhalme sind beispielsweise aus mechanischer Sicht Leichtbaukonstruktionen. Inspiriert durch dieses Vorbild der Natur entwickelte beispielsweise das ITV Denkendorf zusammen mit Biologen aus Freiburg den "Technischen Pflanzenhalm", ein strukturoptimiertes, bionisches Faserverbundmaterial, das sich durch eine Kombination aus Stabilität und Leichtbau auszeichnet und auch Einsatz in der Architektur findet. Das Karlsruher Institut für Technologie erforscht u.a. biologische Designregeln. Durch Formoptimierung technischer Bauteile soll eine Lastabtragung analog dem adaptiven Wachstum biologischer Kraftträger ermöglicht werden. An der Fakultät für Architektur und Stadtplanung der Universität Stuttgart bearbeitet ein Team aus drei verschiedenen Instituten Projekte aus den Bereichen "Wandelbarer Leichtbau auf Grundlage natürlicher Prinzipien", "Bauen mit lebenden Pflanzen" sowie "Ontogenetische und evolutionäre Prozesse in der Entwurfstheorie".

Kooperationspartner Universität Freiburg
Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der Plant Biomechanics Group Freiburg zeichnen sich durch die quantitative Analyse des Zusammenhangs von Form, Struktur und Funktion bei Pflanzen und die Übertragung der Prinzipien in technische Produkte aus. Im Fokus stehen Leichtbau- und Haftstrukturen sowie Gradientenmaterialien, Faserverbünde und Smart Materials mit Funktionen wie Selbstreparatur und Selbstadaption. Durch die Einbindung des botanischen Gartens steht den Wissenschaftlern eine große Vielfalt von Pflanzen als nahezu unerschöpfliches Reservoir an biologischen Vorbildern zur Verfügung. ITV Denkendorf
Die Forschungsgruppe Bionik arbeitet an der Umsetzung bionischer Ideen in innovative Produkte durch die Herstellung und Verarbeitung faserbasierter Werkstoffe und anderer Materialien. Dabei bieten Technologien entlang der textilen Produktionskette besonderes Potenzial für die Entwicklung bionischer Innovationen. Eine breite Palette von Fertigungstechnologien steht hier vom Labormaßstab bis hin zur industriellen Produktionsmaschine bereit. Ein Netzwerk aus Partnern der Industrie unterstützt die bionische Arbeit am ITV. Karlsruher Institut für Technologie
Am Institut für Angewandte Materialien (IAM-WBM) wird die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Materialien und Strukturen erforscht. Materialien, Bauteile und Systeme werden aufgrund von Schädigungsanalysen optimiert. Zur Optimierung technischer Konstruktionen werden Designregeln biologischer Strukturen erforscht und in die Technik überführt. Die Analyse pflanzlicher Haftsysteme führt zu neuen Erkenntnissen für den Aufbau von Verbundwerkstoffen. Universität Stuttgart
Die interdisziplinäre Ausrichtung der Bionik führt zu neuen Konzepten für strukturell, funktional und ökologisch effiziente Gebäude. An der Fakultät für Architektur und Stadtplanung bearbeiten Wissenschaftler bionische Projekte im Bereich des Leichtbaus, des Bauens mit lebenden Pflanzen sowie evolutionärer Entwurfsprozesse. Digitale Simulations- und Fertigungsverfahren unterstützen dabei die Übertragung morphologischer Form- und Funktionsprinzipien aus der Biologie in die Architektur. Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart (SMNS)
Die bedeutende naturkundliche Sammlung stellt mit mehr als 11 Millionen Objekten eine zentrale Basis für die am SMNS laufende Forschung dar. Biomimetische Schwerpunkte umfassen zurzeit biologische Strömungen, Aerosolabscheidung, biomimetische Aspekte symbiontischer Beziehungen sowie Schädel- und Schalenkonstruktionen. Aufgrund der paläontologischen Kompetenz werden fossile Organismen der Sammlung und deren Evolutionsgeschichte in die biomimetische Forschung mit einbezogen. Universität Tübingen
Grundlagenforschung im Bereich Bionik wird in Tübingen an Instituten der Biologie, Chemie, Geowissenschaften und Medizin verfolgt. Schwerpunkte der Forschung liegen in den Bereichen Werkstoffentwicklung, Fluidverhalten sowie Grenz- und Oberflächen. Hierbei interessieren die Wissenschaftler derzeit insbesondere die Entwicklung neuer Verbundmaterialien sowie die Analyse biologischer Klebsysteme. Als biologische Vorbilder dienen dabei vor allem marine Wirbellose und Insekten.

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Foto: Universität Stuttgart: ICD Institute for Computational Design
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