Historische Entwicklung der Bionik

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Definitionen des Bionikbegriffs

3. Historische Wurzeln

4. Spektrum der Bionik heutzutage

5. Anwendungsfalle der Bionik
5.1 Funktionsmorphologischer Strang
5.2 Biokybernetischer Strang
5.3 Nanobionik

6. Fazit

1. Einleitung

„Der menschliche Schopfergeist kann verschiedene Erfindungen machen (...), doch nie wird ihm eine gelingen, die schoner, okonomischer und geradliniger ware als die der Natur, denn in ihren Erfindungen fehlt nichts, und nichts ist zu viel.“

Leonardo da Vinci, Kunstler und Universalgelehrter Im Laufe der Evolution hat sich in der Natur nur die beste Losung durchgesetzt. Dies erkannte schon Leonardo Da Vinci und war damit der erste Wissenschaftler, der sich bei seinen Erfindungen von der Natur inspirieren lieft. Heutzutage gibt es einen gesamten Wissenschaftsstrang, der sich mit der technischen Ubertragung und Umsetzung von Phanomenen aus der Natur beschaftigt, die Bionik. Das Forschungsfeld der Bionik hat bisher viele Innovationen und Optimierungen hervorgebracht. Zu den wichtigsten zahlen beispielsweise die Winglets von Flugzeugen, der Lotus- Effekt oder der Klettverschluss.¹

Ziel dieses Assignments ist es, die bisherige Entwicklung der Bionik zu beschreiben, die aktuellen Entwicklungsfelder zu erlautern und einige Anwendungen zu prasentieren.

2. Definitionen des Bionikbegriffs

Fur den Begriff der Bionik haben sich im Laufe der Zeit mehrere Definitionen entwickelt. Im Folgenden werden die Definitionen des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) und die Definition von Werner Nachtigall vorgestellt und verglichen.

Werner Nachtigall definiert die Bionik wie folgt:

„Bionik als Wissenschaftsdisziplin befasst sich systematisch mit der technischen Umsetzung und Anwendung von Konstruktionen, Verfahren und Entwicklungsprinzipien biologischer Systeme. Dazu gehoren auch Aspekte des Zusammenwirkens belebter und unbelebter Teile und Systeme sowie die wirtschaftlich-technische Anwendung biologischer Organisationskriterien“²

Der VDI definiert Bionik wie folgt:

„Unter Bionik werden Forschungs- und Entwicklungsansatze verstanden, die ein technisches Anwendungsinteresse verfolgen und auf der Suche nach Problemlosungen, Erfindungen und Innovationen Wissen aus der Analyse lebender Systeme heranziehen und dieses Wissen auf technische Systeme ubertragen. Der Gedanke der Ubertragung von der Biologie zur Technik ist dabei das zentrale Element der Bionik“³

Die beiden Definitionen verfugen uber eine Menge Gemeinsamkeiten. So ist das Ziel der Bionik immer eine technische Anwendung von biologischen Prinzipien, die durch die Analyse der biologischen Systeme erkannt werden. Damit wird die Bionik klar von der technischen Biologie abgegrenzt, welche versucht durch Erkenntnisse aus Physik und Technik ein besseres Verstandnis der Biologie zu ermoglichen.⁴

Werner Nachtigall erganzt seine Definition noch um die Zusammenwirkung von belebten und unbelebten Teilen und Systemen, da die ursprungliche Definition den Bionikbegriff zu sehr einengt. Insbesondere mit Hinblick auf die Systemik, die Selbstorganisation, der kausalen Okologie und der Soziobiologie werden erst durch die Erweiterung abgedeckt.⁵

3. Historische Wurzeln

Der Begriff Bionik ist noch gar nicht so alt. 1960 fuhrte der amerikanische Luftwaffenmajor Jack E. Steele die englische Entsprechung "bionics" auf einem von der Luftwaffe gesponserten Symposium ein.⁶ Die historischen Wurzeln der Bionik reichen allerdings deutlich weiter, bis in das 16 Jahrhundert zuruck. Der erste Wissenschaftler der die Herangehensweise

der Bionik nutzte war Leonardo da Vinci (1452-1519). Da Vinci studierte als erster Wissenschaftler den Vogelflug. Seine Erkenntnisse fasste er in seinem Werk „Sul vol degli uccelli“ zusammen und entwickelte auf Basis seiner Erkenntnisse unter Anderem Fluggerate, Hubschrauber und Fallschirme.⁷ Mit seinen ersten Flugmaschinen versuchte Da Vinci die Wirkungsweise des Vogelfluges zu imitieren. Er entwickelte die sogenannten Ornithopter (Siehe Abbildung 1), ein Fluggerat, das durch Flugelschlag fliegen soil. Realisiert wurde eine moderne Adaption mit einigen Einschrankungen seiner Entwicklungen allerdings erst im Jahre 2010 von dem Kanadier Todd Reichert.⁸

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 Ornithopter⁹

Der turkische Wissenschaftler Hezarfen Ahmed Celebi (1609-1649) wurde durch die Erkenntnisse von Da Vinci inspiriert und entwickelte ebenfalls ein Fluggerat, mit dem er 1647 eine Strecke von etwa 3 km uber den Bosporus gleitend uberbruckte. Das Fluggerat war als eine Form von Gleiter ausgelegt (siehe Abbildung 2).¹⁰

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 Gleiter von Hezarfen Ahmed Celebi¹¹

Unabhangig von Da Vinci wurden erste bionische Verbesserungen von Schiffsrumpfen im 16. Jahrhundert in England von Matthew Baker entwickelt. Basis hierfur war das Studium von verschiedenen Fischarten wie der Makrele oder dem Dorsch. Baker adaptierte die Querschnittsverteilung der Fische und ubertrug diese auf seine Schiffsrumpfe (siehe Abbildung 3). Durch diese Optimierungen des Schiffsrumpfs wurde die Manovrierbarkeit erhoht und der Wasserwiderstand gesenkt. Diese Verbesserungen ermoglichten es der englischen Marine, die ubermachtige spanische Armada zu bezwingen.¹²

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 Baker Galleone¹³

4. Spektrum der Bionik heutzutage

Mittlerweile wurden einige Kategorisierungsschemata entwickelt, die versuchen die Bionik in Unterbereiche aufzuteilen. Im Folgenden wird das von Arnim von Gleich, Christian Pade, Ulrich Petschow und Eugen Pissarskoi erarbeitete Schema erlautert. In der Studie „BIONIK - Aktuelle

Trends und zukunftige Potenziale teilen sie die Bionik in drei Entwicklungsstrange auf, die Funktionsmorphologie, die Biokybernetik und die Nanobionik (siehe Abbildung 4).¹⁴

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4 Hauptentwicklungsstrange der Bionik15

[...]

¹ Vgl. (Kretschmar, 2016, S. 22ff)

² Vgl. (Nachtigall, 2013, S. 3)

³ Vgl. (VDI, 2012)

⁴ Vgl. (Nachtigall, 2013, S. 4)

⁵ Vgl. (Nachtigall, 2013, S. 5)

⁶ Vgl. (Rams & SchloBer, 2016)

⁷ Vgl. (Herstatt, Kalogerakis, & Schulthess, 2014, S. 141ff)

⁸ Vgl. (Pichler, 2010)

⁹ Vgl. (dynamic-cube, 2011)

¹⁰ Vgl. (Bandara, 2011)

¹¹ Vgl. (Bandara, 2011)

¹² Vgl. (Johnston, 1994, S. 110ff)

¹³ Vgl. (Saldanha, 2015)

¹⁴ Vgl. (Gleich, Pade, Petschow, & Pissarskoi, 2007, S. 19)