Was ist Bionik? – Lösungen aus der Natur für die Produktentwicklung

Die Entwicklung von Innovationen spielt in Zeiten ständig steigenden Wettbewerbdrucks eine immer bedeutendere Rolle. Laut dem VDI Verein Deutscher Ingenieure und dem Bionik-Kompetenznetz e.V BIOKON kann aber der Einsatz von Bionik die Wettbewerbsfähigkeit der Anwender in Zukunft entscheidend steigern. Diese interdiziplinare Forschung hat das Potenzial Unternehmen und Marken in ganz unterschiedlichen Branchen aufzubauen und nachhaltig zu stärken. Was ist Bionik? Das ist eine Wissenschaftsdisziplin, das sich mit der Übertragung von Funktionen und Eigenschaften aus der Natur in die technische Welt des Menschen befasst. Das Lernen von der Natur tritt in den Mittelpunkt der Produktentwicklung. So werden innovative Produkte geschaffen, die durch eine hohe Wertschöpfung und Ressourceneffizienz gekennzeichnet sind.

Bionik als Prinzip der Produktentwicklung

Für das Verstehen der biologischen Strukturen, Materialien,  Funktionsprinzipien und deren Umsetzung in die Technik ist Know-How aus mehreren Wissenschaftsdisziplinen notwendig. Bionik ist ein besonders geeignetes Themenfeld, um die Begeisterung junger Menschen an Naturwissenschaften und Technik zu wecken und zur Aufnahme eines passenden Studiengangs zu motivieren. Diese Infografik zum Beispiel zeigt das Ranking der besten Universitäten und Fachhochschulen in Deutschland im Fachbereich Produktentwicklung. Die Top Unis und FHs, die dort aufgelistet sind, haben schon Bionik verstärkt in ihre Bildungsangebote integriert.

Eine interdisziplinäre Wissenschaft

Auch nach dem Studium bieten verschiedene Workshops und Seminare Naturwissenschaftlern, Ingenieuren, Produktentwicklern, Architekten und Designern Einblicke in die Welt der Bionik und geben Anregungen für die eigene Forschungspraxis.

Klassiker der Bionik – Die Haufischhaut

Für die Optimierung von Produkten und Produktionsprozessen werden biologische Vorbilder gesucht, deren Eigenschaften in technische Anwendungen implementiert werden können. Erfolgreiche Beispiele sind etwa Klettverschluss, Gecko-Tape und Saugnäpfe. Ein bekanntes Beispiel, das im Zusammenhang mit der Bionik immer wieder erwähnt wird, ist der Lotuseffekt. Die Oberfläche der Lotusblume wird kaum verschmutzt und dieser Effekt hängt mit der Oberflächenstruktur zusammen. Durch die Übertragung dieser Eigenschaft in Technik lassen sich nun Oberflächen realisieren, die sich durch die Benetzung mit Wasser selbst reinigen. Die Hautstruktur der Springschwänze sind auch ein gutes Vorbild für flüssigkeitsabweisende Oberflächen.

Ein weiteres Beispiel ist die Haifischhaut. Die Schuppen schnell schwimmender Haie sind so aufgebaut, dass sie den Strömungswiderstand deutlich verringern. Auf Grundlage solcher Beobachtungen entstanden Schwimmanzüge für Top-Athleten, innovative Lacksysteme für Flugzeuge und Windenergieanlagen sowie eine neu entwickelte Silikonschicht, die den Unterwasserbewuchs der Schiffe um fast 70 Prozent verringert.

Weitere tolle Beispiele für Bionik-Innovationen bzw. Konzepte sind:

• Der Kofferfisch – Er diente als Vorbild für zukünftiges Familienauto Konzept von Mercedes
• Die Schuppenoberfläche des Sandfisches – Seine Haut sieht wie poliert aus und hat reibungsvermindernde Eigenschaften.
• Die Delphinenschauze – Sie diente als Modell für den birnenförmigen Bugaufsatz bei Schiffen. So sind hohe Geschwindigkeiten mit wenig Energieaufwand möglich.
• Die Körperform des Pinguins ist ein technisches Vorbild für Unterwasserfahrzeuge
• Bionik findet Einsatz auch beim Leichtbau. Das Wachstumsverhalten von biologischen Kraftträgern wie Knochen oder Baumstämmen inspiriert Ingenieure, Bauteile zu entwickeln, die nachhaltig stabiler und somit langlebiger sind.

Der Geckofuß als biologisches Vorbild

Produktentwicklung nach dem Vorbild der Natur schafft nicht nur eine Verbesserung von Funktion und Festigkeit, sondern auch ein Höchstmaß an Materialeffizienz. Mit Materialbionik lassen sich Eigenschaftskombinationen erzielen, die mit bisherigen Materialien nicht möglich waren: die Verbindung von extremer Bruchfestigkeit und zugleich Bruchzähigkeit im Perlmutt, in Zähnen und Knochen oder die Verbindung von extremer Reißfestigkeit und Elastizität in der Spinnenseide. Interessant sind solche Materialien nicht nur wegen ihrer Leistungsfähigkeit, sondern auch in Hinsicht ihrer biologischen Abbaubarkeit. Es ist also sicher lohnenswert, die Entwicklung der Bionik im Bereich Produktentwicklung hinsichtlich des damit erwartbaren Umweltentlastungspotenzials im Auge zu behalten.

Faszinierende Eigenschaftskombinationen dank Bionik möglich

Bionik fasziniert Groß und Klein durch die Genialität der biologischen Vorbilder. Die Natur besitzt ein hohes Potenzial für innovative Lösungen, das in der Industrie aber dennoch längst nicht ausgeschöpft ist. Zukünftig erwarten Fachleute einen vergleichbaren Innovationsschub durch weitere Innovationen der Bionik in unterschiedlichen Bereichen: Industriezweige wie z.B Automotive, Konsümgüter, Bau- und Landmaschinen sowie Zukunftsmärkte wie erneuerbare Energien und Medizintechnik können davon sehr viel profitieren. Mit vielen bionischen Produkten sind deutliche Materialersparungen, Treibstoffeinsparungen, Langlebigkeit sowie der Einsatz giftfreier Materialien verbunden, die insgesamt zu Ressourcenschonung und Kosteneinsparungen führen. Entwicklungen wie smarte insbesondere adaptive Oberflächen, Beschichtungen, Materialien und Strukturen bspw. Projekte zur Entwicklung adaptiven Windkraftanlagen und Fassaden wären in der Zukunft ohne Zweifel immens.

Weitere Innovationen in Zukunft erwartet