Bionik

Report
Bionik ein
dynamischer Prozess
Die Erforschung der Evolution und die
Entwicklung der technischen Kultur
Die Anfänge
• Der Traum vom Fliegen
• Ikarus sollte Scheitern
• Leonardo da Vinci ( 1452-1519) Künstler und
Universalgelehrter konstruierte legendäre
Flugmaschinen nach dem Beispiel der Natur
• 1989 – Jahre danach testete der Rugbystar
Rory Underwood den Nachbau…
Bionik eine vernetzte Wissenschaft
•
•
•
•
robuste Materialien
optimierte Mobilitätstechniken
energieeffiziente Bau- und Wohnformen
durchdachte Informations-und
Kommunikationsmechanismen
• hochsensible Wahrnehmungssensoren
• hocheffiziente Organisationsformen
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
Bionik als Impulsgeber
•
•
•
•
•
•
•
•
Auto-, Flugzeug-, Schiffs-, Bahn,-, Flugzeugbau
Architektur
Werstofftechnik
Informatik
Maschinentechnik
Computertechnik
Medizin
Kosmetik…
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
Den Alltag erforschen
Begegnung mit bionischen
Phänomenen im AlltagEntwicklung eines PortfoliosProzessdokumentation und ein
Spaziergang im Wald…….
Die Pflanze als Erfinder
Raoul Francé in 1899
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
Oper Sydney
5.
Taipei 101, 508 m, Taipeh ( Taiwan)
Stapel und Pendel
2.
Baumaterialien
•
•
•
•
Sperrholzplatten- vernetzte Faserschichten
Biegsamkeit –Vorbild Zellwandaufbau bei Gräsern
Papier- Bau der Wespen
Betonhart- Schnecken und MuschelnPerlmutt- weiche und harte Stoffe werden
kombiniert - Plättchenstapel umgeben von einer
Matrix- als Vorbild für unkaputtbare
Verbundmaterialien- Stahlbeton-Druck- und
Zugfestigkeit
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
Fortbewegung und Mechanik
• der Propeller als Antriebssystem in der
Luftfahrt-Vorbild- Ahorn- Samen verbreiten
sich durch Windflug- Drehpunkt-SamenkapselRotation und Hub Experiment)
• Rotortechnik nach Vorbild der Libelle
• Rückstoßtechnik – der Düsenantrieb der
Quallen und Tintenfische – Impuls und
Impulserhaltung
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
Pflanzenmuskeln- Material und Motor
Düsenantrieb aus dem Meer
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…
Zusammenspiel
• Gelenken
• Knochen
• Muskeln -Spieler und Gegenspieler z.B. Beuger
und Strecker am Arm
• Sehnen und Bänder
• Nerven
Neue Materialien und Technologien
Bioverbundstoffe
Abb. Karosserieteile bestehen aus einem Flachs- Baumwollgewebe gtränkt mit einem leinöl- Acrylat.Die Flachsfaser sorgt für Stabilität,
Baumwolle ist dehnbar und kann Schläge abdämpfen.
Kombination von sehr leichten stabilen Pflanzenfasern mit
einer Matrix aus herkömmlichen zunehmend auch biologisch
abbaubaren Kunststoffen.
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.
Abb. Verbund aus Biokunststoff auf der Basis von einem Gemisch aus
Maisstärke und Sojaöl werden Flachsfasern eingebracht- der Kern besteht
aus Korkmatten
Abb.Basaltfaser-Steinfaser- temperatur und chemikalienbeständig
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.
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
Selbstheilende Kunststoffe ahmen das Prinzip der Haut nach-Membranaufbau
Abb. Prinzip –selbstheilender Kunststoff- Zikulation einer Reperaturflüssigkeit in
einem materialinternen Kapillarsystem
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
Falten
Gefaltet- Technik des Faltens stabilisiert
und formt zugleich. Einfachste Variante um
aus einer 2-dimensionalen Fläche eine
stabile dreidimensionale Struktur zu bauen.
1.
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.
Stereolithografieverfahren
Dreidimensionaler Druck
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.
Abb. Raumgroßer Pavillion, Radiolaria- Andrea Morgante
Aufgeblasen
•
•
•
•
Von der Luft getragende Strukturen- Membranteile
Tragwerke- Brücken
Raumsysteme- Trennwände- Raumkörper
Möbel- Metallhocker
Abb. Mobiles Trennwandsystem, das sich in der Tasche transportieren lässt.12kg- in
10 min aufgeblasen
Ein ganz neues Feld der Forschung
sind neben den aufgeblaseneninflated 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.
Abb. Vakuumstabilisierte Brücke aus 40.000 Kunststoffbällen. Die Spannweite des Bogens beträgt 10 m.
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.
RematerialisierungSecond Life
• Re-Growing- Nachwachsend
• Re- Cycelt- Kreislaufsysteme
• Re-used- Wiederverwendet
aus Christiane Sauer, Made of.. Neue Materialien für Architektur und Design, Gestalten Berlin 2010, ISBN 978-389955-293-5

similar documents