Kompetenzatlas Bionik in Hessen - Hessen

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Hessisches Ministerium für Wirtschaft,
Energie, Verkehr und Landesentwicklung
www.hessen-nanotech.de
Kompetenzatlas Bionik in Hessen
› Impressum
Impressum
Kompetenzatlas Bionik in Hessen
Schriftenreihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech des
Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Energie,
Verkehr und Landesentwicklung
Erstellt von:
Karin Lübbe
Sigrid Belzer
Bionik-Netzwerk Hessen
c/o Bionik-Sigma Innovation GmbH
Ingelheimer Str. 3
D-64295 Darmstadt
Telefon: +49 (0)6151-318627
E-Mail: [email protected]
Internet: www.bionik-hessen.de
Redaktion:
Sebastian Hummel (Hessisches Ministerium für Wirtschaft,
Energie, Verkehr und Landesentwicklung)
Nicole Holderbaum (Hessen Trade & Invest GmbH,
Hessen-Nanotech)
Herausgeber:
Hessen Trade & Invest GmbH
Konradinerallee 9
65189 Wiesbaden, Germany
Telefon: +49 (0)0611-95017 8634
Fax: +49 (0)611-95017 5 8634
Internet: www.htai.de, www.hessen-nanotech.de
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März 2014
Gestaltung:
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Dritter. Die in der Veröffentlichung geäußerten Ansichten und Meinungen müssen nicht mit der Meinung des Herausgebers übereinstimmen.
© Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung, Kaiser-Friedrich-Ring 75, D-65185 Wiesbaden, www.wirtschaft.hessen.de
Vervielfältigung und Nachdruck – auch auszugsweise – nur nach vorheriger schriftlicher Genehmigung.
2
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Netzwerke & Organisationen
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Inhalt
Vorwort................................................................................... 4
Einleitung............................................................................... 5
1.Bionik........................................................................... 6
1.1Grundlagen..................................................................................... 6
1.2 Innovationspotenziale der Bionik.................................................... 8
1.3 Bionik-Landschaft in Hessen............................................................ 8
1.4 Anwendung der Bionik in Unternehmen....................................... 12
2.Kompetenzmatrix........................................................ 13
3.
Kompetenzprofile Bionik in Hessen.............................. 16
4.
4.1
4.2
4.3
Netzwerke und Organisationen..................................... 38
Regionale Netzwerke..................................................................... 38
Überregionale Netzwerke.............................................................. 40
Internationale Netzwerke............................................................. 41
5.Förderprogramme....................................................... 42
5.1Bionik-Wettbewerb........................................................................ 42
5.2 Förderprogramme in Hessen......................................................... 42
5.3 Förderprogramme in Deutschland................................................ 43
5.4 Horizont 2020 – Rahmenprogramm der Europäischen
Union............................................................................................ 45
5.5Stiftungen..................................................................................... 47
5.6 Ansprechpartner Förderprogramme.............................................. 47
6.Bildungsangebote....................................................... 48
6.1 Außerschulische Bildungsangebote in Hessen.............................. 48
6.2Studienmöglichkeiten................................................................... 50
7.Literatur...................................................................... 51
Anhang................................................................................. 52
3
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen
Vorwort
Unsere Umwelt wandelt sich stetig, und ebenso stetig passt
sich die Natur neuen Bedingungen an. In ihren vier Milliarden
Jahren hat die Evolution viele faszinierende Lösungen hervorgebracht. Sie für die aktuellen technologischen Herausforderungen nutzbar zu machen, ist der Ansatz der Bionik.
Die Bionik macht die Natur zum Vorbild für Erfindungen, für die Entwicklung neuer Materialien und für den effizienten Umgang mit Ressourcen. Die auf ihr basierenden Technologien stehen also im doppelten Wortsinn im Einklang mit der Natur und werden damit zur
Grundlage tragfähiger Zukunftskonzepte. Ihre Voraussetzungen sind
innovative Produkte, Prozesse und Dienstleistungen.
Die bekanntesten Anwendungsbeispiele der Bionik sind der Klettverschluss und der Lotus-Effekt®. Aber wir verdanken ihr auch die nach
dem Vorbild gespreizter Vogelschwingen geformten Winglets, die an
Flugzeugtragflächen den Spritverbrauch senken. Diese bionischen
Lösungen zeigen, welche Potenziale die Natur für Ressourceneffizienz und Umweltschutz bietet.
4
Diese Potenziale zu mobilisieren, erfordert einen regen Transfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Einen Beitrag dazu leistet der
Kompetenzatlas Bionik in Hessen. Er entstand im Rahmen der von
unserer Aktionslinie Hessen-Nanotech initiierten Aktivitäten zum Aufbau des Bionik-Netzwerkes Hessen. Der Atlas zeigt in einem Überblick, welche hessischen Unternehmen und Institutionen sich mit
den unterschiedlichen Themen der Bionik befassen. Er gibt eine Orientierung über Ansprechpartner und Fördermöglichkeiten und unterstützt so die erfolgreiche Vernetzung aller Beteiligten. Ich wünsche
Ihnen eine anregende Lektüre.
Tarek Al-Wazir
Hessischer Minister für Wirtschaft, Energie,
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Einleitung
Dieser Kompetenzatlas liefert einen Überblick über die aktuellen
Bionik-Projekte hessischer Unternehmen und Institutionen. Sie werden in anschaulichen Profilen dargestellt. In einer umfassenden
Kompetenzmatrix sind die Projekte den Themen zugeordnet, die sich
als Schwerpunktthemen während der im Jahr 2013 durchgeführten
Erhebung des Bionik-Netzwerkes Hessen abzeichneten. Allgemeine
Informationen zur Bionik, Anwendungsmöglichkeiten und Innovationspotenzialen für Unternehmen sowie aktuelle Fördermöglichkeiten sind im vorliegenden Kompetenzatlas ebenso enthalten wie eine
Übersicht über Netzwerkinitiativen, Bildungs- und Studienangebote
und Literaturhinweise für Interessierte.
Bionik ist die Quelle für neue technische Lösungen. Immer
mehr Unternehmen erkennen ihr Potenzial und nutzen sie für
die Generierung von Ideen.
Derzeit sind circa 20 Unternehmen, Hochschulen und Institutionen
mit Kompetenzprofilen aufgeführt. Voraussetzung für die Aufnahme
in den Kompetenzatlas war die Durchführung oder Mitwirkung an
konkreten Entwicklungen im Bereich Bionik. Unternehmen, Hochschulen oder Institutionen, die zwar das Potenzial oder das Interesse
an bionischen Entwicklungen haben, bisher aber noch nicht an einer
praktischen Umsetzung beteiligt waren, sind im Kompetenzatlas
nicht berücksichtigt.
der Bionik und der Koordination der Aktivitäten leisten. Relevante
Förderprogramme und Ansprechpartner, eine Aufstellung von
Bildungsangeboten zur Bionik in Hessen sowie aktuelle Studienangebote und allgemeine Literaturhinweise runden den Kompetenzatlas ab.
Die Aufstellung ist nicht abschließend, da – insbesondere durch
die aktuellen Bionik-Aktivitäten der Aktionslinie Hessen-Nanotech
und des Bionik-Netzwerkes Hessen – mit weiteren Akteuren zu rechnen ist.
Die Kompetenzprofile sind auch auf dem Portal
www.kompetenzatlas-hessen.de unter dem Technologiefeld
„Bionik“ dargestellt. Unternehmen und Institutionen können
sich selbständig in diese Datenbank eintragen und erhalten dabei Unterstützung von der Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes Hessen.
Die Initiierung des Bionik-Netzwerkes Hessen bietet die Chance,
die Anzahl an Bionik-Projekten in Hessen zu erhöhen. Das Thema
findet zahlreiche Interessenten, die sich über Bionik und deren Anwendungsmöglichkeiten in Veranstaltungen und Gesprächen informieren.
Es bleibt zu wünschen, dass der Atlas zur weiteren Vernetzung der
Akteure führt und die Entwicklung neuer Projekte, Produkte, Prozesse und Dienstleistungen zum Thema Bionik initiiert.
Technische Lösungen sind vor allem für die produzierenden Unternehmen und Forschungsinstitute mit interdisziplinärer Ausrichtung
von Bedeutung. Es finden sich im Kompetenzatlas des Weiteren
Dienstleister, die beim bionischen Entwicklungsprozess wichtige Hilfestellung leisten können.
Der Atlas wird ergänzt durch die Kurzbeschreibungen von Netzwerken und Organisationen, die wertvolle Arbeit für die Fortentwicklung
5
1. Bionik
1.1 Grundlagen
Das Wort Bionik ist zusammengesetzt aus Biologie und Technik und
beschreibt die Vorgehensweise, Tiere und Pflanzen als Ideengeber
bei der Entwicklung von technischen Produkten und Verfahren zu
nutzen. So ist etwa der Klettverschluss nach Vorbild der Klette entstanden, die Form von Flugzeugflügeln ist abgeschaut von Vogelflügeln. Es gibt schmutzabweisende Farben, deren Entwicklung auf den
Untersuchungen von Pflanzenoberflächen basiert und wiederverwendbare Klebebänder nach dem Vorbild des Geckofußes. Die Vielzahl der Beispiele und Ideen für bionische Anwendungen zeigen das
Potenzial, welches diese Wissenschaftsdisziplin für die Entwicklung
innovativer Produkte bietet.
Der Übertragungsprozess von der Natur in die Technik ist jedoch kein
reines Kopieren der natürlichen Formen und Strukturen. Damit eine
technische Entwicklung wirklich bionisch ist, muss eine Abstraktion
des biologischen Vorbildes stattfinden. Das Vorbild wird aus einem
6
technischen Blickwinkel betrachtet und untersucht. Bionik findet
dann statt, wenn die grundlegenden Erkenntnisse über die physikalischen, chemischen oder materialwissenschaftlichen Prinzipien aus
diesen Untersuchungen auf technische Produkte und Verfahren angewendet werden.
Der Verein Deutscher Ingenieure definiert die Bionik wie folgt:
„Bionik verbindet in interdisziplinärer Zusammenarbeit Biologie und Technik mit dem Ziel, durch Abstraktion, Übertragung und Anwendung von Erkenntnissen, die an biologischen
Vorbildern gewonnen werden, technische Fragestellungen zu
lösen.“
(Quelle: VDI 6220 Bionik - Konzeption und Strategie - Abgrenzung zwischen bionischen und
konventionellen Verfahren/ Produkten. Berlin: Beuth Verlag, 2012)
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Es gibt in der Bionik zwei grundsätzliche
Herangehensweisen:
Bottom-up-Prinzip
Eine besondere Eigenschaft eines biologischen Vorbildes inspiriert
die Naturwissenschaftler oder Ingenieure zu einer neuartigen Entwicklung. Es muss eine gedankliche Assoziation zwischen der entdeckten Eigenschaft und einer möglichen technischen Anwendung
stattfinden, damit das Projekt überhaupt zustande kommt. Beispiele
für diese Vorgehensweise sind der Lotus-Effekt® und das GeckoTape®. Diese Produkte basieren auf Erkenntnissen, die bei der biologischen Grundlagenforschung gewonnen wurden. Der Innovationsgrad bei solchen Projekten ist oft sehr hoch.
Top-down-Prinzip
Die Entwickler suchen gezielt in der Natur nach geeigneten biologischen Vorbildern, um einen technischen Gegenstand zu verbessern.
Dafür wird die zu verbessernde Funktion des Gegenstandes exakt formuliert und die Tier- und Pflanzenwelt nach ähnlichen Funktionen
durchsucht. Ein Beispiel für diese Vorgehensweise ist die Entwicklung von Reifen mit verbesserter Bremswirkung nach dem Vorbild
von Katzenpfoten.
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
In beiden Fällen werden zunächst Analogien gesucht, also Ähnlichkeiten zwischen Natur und Technik. Dann werden die Funktionen der
in Frage kommenden biologischen Systeme genau analysiert und die
Übertragungsmöglichkeiten der Prinzipien in die Technik geprüft.
Um diesen Prozess erfolgreich durchführen zu können, ist die Zusammenarbeit zwischen Naturwissenschaftlern und Ingenieuren unabdingbar. Hier steckt eine der großen Herausforderungen der Bionik,
die aber gleichzeitig auch ungewöhnliche Chancen bietet: Die Experten verlassen den Rahmen ihrer eigenen Fachdisziplinen, sie treten
in Kontakt zu Fachleuten aus gänzlich anderen Bereichen und lösen
ihre Fragestellungen in interdisziplinären Teams.
Um die Zusammenarbeit zu ermöglichen, müssen sowohl die Teammitglieder aus den technischen Forschungs- und Entwicklungsabteilungen (FuE-Abteilungen) als auch die Naturwissenschaftler ihr Wissen und ihre Ideen in einer Sprache ausdrücken, die alle Beteiligten
verstehen. Das macht die Bionik oft auch für Außenstehende besonders anschaulich und faszinierend.
7
1.3 Bionik-Landschaft in Hessen
Ebenso interdisziplinär und heterogen wie die Bionik von ihrem
Wesen her angelegt ist, sind auch die Inhalte der bisher durchgeführten Bionik-Projekte in Hessen sehr vielfältig.
1.2 Innovationspotenziale der Bionik
Das Potenzial für den Kreativitätsprozess und zukünftige Innovationen ist bei dieser interdisziplinären Arbeitsweise enorm. Projektteams können unter Umständen völlig neue und unerwartete Lösungen erarbeiten, die bei einer rein technischen Betrachtung nicht zustande gekommen wären.
Die Biologie liefert aufgrund der Millionen von Jahren dauernden
Evolution der Organismen hervorragende Lösungsideen. In der Natur
können sich diejenigen Arten erfolgreich durchsetzen, die am besten
an ihren jeweiligen Lebensraum angepasst sind. Da diese Anforderungen sehr unterschiedlich und zum Teil veränderlich sind, entstehen optimierte Formen, Strukturen, Materialien und Strategien.
Die Projekte und Interessensgebiete bilden die Themen ab, die für
technische und gesellschaftliche Entwicklungen der Region besonders relevant sind. Als Kompetenzbereiche und Bionik-Themenfelder
wurden definiert:
Materialien:
Ober-/Grenzflächen
Molekulare Bionik/Nanomaterialien
Bewegung:

Adaptronik
Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)
Optimierung
Automatisierung
Robotik/Mechatronik
Sensorik/Kommunikation
Konstruktion:
Die technische Umsetzung dieser Prinzipien erschließt neue Chancen
und Lösungsansätze in vielen Anwendungsfeldern, wie

Materialien und Strukturen
Formgestaltung und Design
Konstruktion und Geräte
Bau und Klimatisierung
Robotik und Lokomotion
Sensoren und neuronale Steuerung
Anthropo- und biomedizinische Technik
Verfahren und Abläufe
Evolution und Optimierung
System und Organisation
(Quelle: Nachtigall, W.: Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und
Naturwissenschaftler. 2. Auflage. Heidelberg: Springer Verlag, 2002)
Spannend für die Technik der Zukunft sind vor allem die übergeordneten Prinzipien der Natur, von denen wir lernen können, wie
Ressourcen- und Energieeffizienz
Multifunktionalität
Selbstorganisation, Selbstreparatur, Selbstreinigung
8

Leichtbau
Optimierung (CAO/SKO)
Architektur/Bauen/Planen
Design/Formgestaltung
Falten
Andere:

Lärmreduktion
Energie(-bionik)
Organisations- und Wirtschaftsbionik
Biomechanik
Im Jahr 2013 wurden bionische Akteure in Hessen ermittelt. Datengrundlage hierfür waren Internetrecherchen sowie die durch das
Bionik-Netzwerk Hessen und die Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb” entstandenen Kontakte. Die an einer Aufnahme in den Kompetenzatlas interessierten Unternehmen und Institutionen erstellten
Kompetenzprofile, aus denen sich die Schwerpunkte der Bionik-Themen in Hessen ableiten.
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Anzahl der hessischen Unternehmen und Institutionen nach Bionik-Themen, die sie verfolgen (inklusive Doppelnennungen)
0
2
4
6
8
10
7
Ober-/Grenzflächen
5
Adaptronik
3
Aero/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)
3
6
Optimierung
3
Automatisierung
Robotik/Mechatronik
5
5
9
Leichtbau
4
2
5
Falten
3
Lärmreduktion
1
Energie(-bionik)
1
2
Biomechanik
3
5
Die beschriebenen Projekte und Produkte haben immer Bezüge zu
mehreren Kompetenzbereichen. Hessische Schwerpunkte liegen in
den Themenfeldern Leichtbau und Optimierung, Ober- und Grenzflä-
chen, Robotik und Sensorik, Design und Formgestaltung sowie Anthropo- und biomedizinische Technik (siehe Abbildung oben).
Anzahl der hessischen Unternehmen und Institutionen nach Unternehmensbereichen, in denen Bionik angewendet wird
(inklusive Doppelnennungen)
0
2
4
Beratung
Aus-/Weiter-/Fortbildung
6
8
10
12
14
5
7
10
Technologietransfer
14
FuE
8
Fertigung, Produktionstechnik
Handel
7
Die Bionik findet in Hessen meist in den Unternehmensbereichen
FuE, Technologietransfer und Produktionstechnik statt, untergeordnet in den Sektoren Handel, Aus- und Weiterbildung und Beratung
(siehe Abbildung oben).
9
Regionale Verteilung von Bionik-Kompetenzen in Hessen
Marburg
Fulda
Herborn
Gießen
Ober-Mörlen
Frankfurt
Rüsselsheim
Darmstadt
10
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Die hessischen Bionik-Projekte haben eine hohe Relevanz für
übergeordnete Herausforderungen unserer Gesellschaft:
Mobilität
Der bionische Leichtbau bietet eine große Anwendungsvielfalt im
Bereich der Material- und Ressourceneffizienz. Die Natur hält Lösungen bereit, die bereits breitflächig Einzug in die Industrie gehalten
haben. Nach dem Vorbild von Knochen und Bäumen werden Bauteile mit möglichst wenig Material und hoher Stabilität konstruiert. In
der Automobilbranche wird der Einsatz der optimierten Bauteile besonders anschaulich: Die Adam Opel AG baut optimierte Achsschenkel und Motorhalter in ihren Autos ein. Das Gewicht des Motorhalters konnte durch die Optimierung wesentlich verringert werden.
Energieeffizienz durch Leichtbau im Transportwesen ist einer der für
Hessen besonders relevanten Themenbereiche. Als wichtiger Knotenpunkt für Luftfahrt und Verkehr kommt der Mobilität eine Schlüsselrolle zu. Daher finden sich viele Unternehmen in der Region, die
entsprechende Dienstleistungen und Produkte anbieten. Die Firma
EDAG bietet Lösungen im Bereich Mobilität an, für die die Ingenieure und Designer auch die Natur als Inspirationsquelle nutzen. Das
Honda Research Institute Europe erforscht die Anwendungsmöglichkeiten kognitiver Systeme, unter anderem für den Bereich Verkehr.
Im Flugzeugbau fanden bionische Optimierungen unter der Beteiligung hessischer Dienstleister, wie dem Ingenieurbüro H. Moldenhauer GmbH oder dem IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner statt.
Automatisierungstechnik und Robotik
Roboter, die nach Vorbild von Lebewesen konstruiert sind, können
unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten finden. Die Bionic Robotics
GmbH bietet den Leichtbauroboter BioRob an, der durch seine Konstruktion und Steuerungstechnik gefahrlos mit Menschen zusammenarbeiten kann. Im Lauflabor der Technischen Universität Darmstadt
wird anhand des Laufroboters BioBiped erforscht, wie sich Laufen,
Gehen und Stehen bei Robotern realisieren lässt. Die Sensitec GmbH
entwickelte Sensoren, die in bionisch inspirierten Leichtbaurobotern
zum Einsatz kommen.
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Gesundheit
Bei der Entwicklung neuartiger Materialien und Konstruktionsprinzipien für Prothesen und Biomedizintechnik wird die Bionik ebenfalls
eingesetzt. DuPont liefert den Kunststoff für eine bionische Handprothese. Der LOEWE-Schwerpunkt PräBionik optimiert Produkte auf Basis biomechanischer Erkenntnisse, die TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH sowie das Universitätsklinikum Frankfurt/M.
beschäftigen sich mit der Entwicklung von adhäsiven Materialien
nach Vorbild von Muschelproteinen. Am Institut für Experimentelle
Biomechanik wurde ein neuartiges Implantat für die Halswirbelsäule
entwickelt. Evonik Industries AG hingegen war an der Entwicklung
von Antifouling-Anstrichen beteiligt, die ohne Giftstoffe auskommen
– ein Beitrag zum Schutz unserer Gewässer.
Innovative Produkte
Das Ziel der Bioniker ist es, Produkte und Verfahren zu entwickeln,
die Vorteile gegenüber herkömmlichen Lösungen bieten. Aus der
KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH stammen die Maschinen,
mit denen Textilien nach Vorbild des Eisbärfells und der Haihaut hergestellt werden. Auch Klettverschlüsse werden mit den Textilmaschinen produziert. Bei der Rittal GmbH & Co. KG wurden Bionik-Projekte
durchgeführt mit dem Ziel, naturinspirierte Lösungen für schockabsorbierende Paletten und eine optimierte Kabeleinführung zu entwickeln. Die Gestaltung innovativer Produkte hat sich auch das Institut
für Industrie-Design der Hochschule Darmstadt zum Ziel gesetzt. Hier
fanden Arbeiten zu Baustellenanschlagpunkten, die wie Geckos an
der Wand haften, einem Emergency Airdrop System nach Vorbild von
Flugsamen und eine Ornithopterstudie statt.
Aus- und Weiterbildung
Im Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Konstruktives Gestalten und Baukonstruktion (KGBauko) der Technischen Universität Darmstadt wird Bionik im Bauwesen interdisziplinär gelehrt, mit
dem Zukunftsziel intelligente, aktive Tragwerke zu entwickeln. Das
Dienstleistungsunternehmen Bionik-Sigma Innovation GmbH bietet
Veranstaltungen und Materialien für verschiedene Zielgruppen an, um
die Bionik und ihre Potenziale für die Wirtschaft zu veranschaulichen.
11
1.4 Anwendung der Bionik in Unternehmen
Es gibt im Prinzip drei Wege, über die die Bionik in Unternehmen
angewendet werden kann:
Inspiration im Kreativitätsprozess
Auf der Suche nach neuen Ideen für die Lösung technischer Probleme
kann die Orientierung an der Natur bestehende Denkmuster der
Fachdisziplinen lockern und zu völlig neuen Ansätzen führen. Chancen werden in der Durchführung von Innovationsworkshops gesehen, bei denen die Biologie als Suchfeld angewendet wird.
FuE-Projekte
Bionik wird schwerpunktmäßig in Form von Forschungs- und Entwicklungsprojekten angewendet. Seien es studentische Abschlussarbeiten oder Praktika, Kooperationsprojekte zwischen Unternehmen oder
große Verbundvorhaben unter Einbeziehung von Forschungsinstituten, entscheidend ist immer die interdisziplinäre Zusammensetzung
der Projektteams.
Transferstellen können die Unternehmen bei der Suche nach Projektpartnern unterstützen.
Die große Wissensbasis für die Bionik entstammt der biologischen
Grundlagenforschung. In Universitäten, Sammlungen und Botanischen Gärten erforschen und systematisieren Biologen die unendlich
erscheinende Vielfalt an Organismen. Sie untersuchen und katalogisieren deren inneren und äußeren Aufbau, Formen, Materialien,
Oberflächenbeschaffenheit und vieles mehr.
12
Anwendung bionischer Produkte
In den letzten zwei Jahrzehnten wurde eine Reihe bionischer Produkte entwickelt, die vielen Unternehmen noch unbekannt sind. Die Beschäftigung mit dem Themenbereich Bionik birgt das Potenzial, neue
Produkte, Materialien und Verfahren und deren Anwendungsmöglichkeiten für das eigene Unternehmen zu entdecken. Diese Aufgabe
übernehmen in großen Unternehmen sogenannte Innovationsscouts. Das Themenfeld ist jedoch für viele Mitarbeiter so faszinierend, dass sie sich aus persönlichem Interesse durch Medienberichte
und in Veranstaltungen über die Bionik informieren.
Faszination und Innovationskultur: Die Faszination für das
Thema Bionik motiviert Menschen aus allen Branchen und
Unternehmensbereichen zur Auseinandersetzung mit technischen Fragestellungen und möglichen Lösungen aus der Natur. Sie ist damit ein Mittel, die Innovationskultur von Unternehmen zu stärken und bestehende Denkansätze in Frage zu
stellen. Niemals aber verspricht die Bionik, immer die beste
Lösung für ein Problem liefern zu können. Sie ist ein Werkzeug, das angewendet werden kann, um die klassischen Ingenieurwissenschaften zu ergänzen – jedoch nicht, um sie zu
ersetzen.
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
2. Kompetenzmatrix
Die Kompetenzmatrix verschafft einen schnellen Überblick über die
hessischen Unternehmen, Hochschulen und Institutionen, die im Kapitel „Kompetenzprofile“ detailliert vorgestellt werden.
Kompetenz-Sektoren
Kompetenzebene 1
Dienstleistung
Beratung
Aus-/Weiter-/Fortbildung
Technologietransfer
Die Unternehmensprofile sind auf dem Portal www.kompetenzatlashessen.de unter dem Technologiefeld „Bionik“ recherchierbar und
mit den folgenden Tätigkeitsfeldern und Fachkompetenzen verknüpft:
Kompetenzebene 2
Forschung und Entwicklung (FuE)
Fertigung, Produktionstechnik
Handel
Bionik-Teilbereich
Materialien
Ober-/Grenzflächen
Bewegung
Adaptronik
Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)
Optimierung
Automatisierung
Robotik/Mechatronik
Konstruktion
Leichtbau
Falten
Andere
Lärmreduktion
Energie(-bionik)
Biomechanik
Die aktuellen hessischen Projekte sind im Folgenden in einer Kompetenzmatrix dargestellt. Darin beziehen sich alle zum Unternehmensbereich angegebenen Kompetenzen ausschließlich auf das bionische
Projekt oder Produkt, mit dem sich die Unternehmen, Institutionen
und Hochschulen in den Kompetenzprofilen vorstellen. Die weiteren
Unternehmensbereiche wurden in dieser Bionik-Kompetenzmatrix
bewusst nicht dargestellt.
13
Kompetenzmatrix
Unternehmen und Institutionen in Hessen
Unternehmensbereich
FuE

Bionic Robotics GmbH
Bionik-Sigma

Dipl.-Ing. Büro H. Moldenhauer GmbH





Evonik Industries AG







Beratung und Veranstaltungen zur Bionik

Institut für Experimentelle Biomechanik
Competence Center bei EDAG für
Leichtbau

Anti-Fouling-Anstrich
Kognitive/komplexe Systeme


Optimierung multivariabler Systeme mittels
Evolutionsstrategie, Tragflügelprofile


Implantat für Halswirbelsäule


Philipps Universität Marburg –
AG Molekulare Bionik


Textilien mit Oberflächen und Aufbau nach
bionischem Vorbild (Eisbärfell)

Entwicklung digitaler Menschmodelle mit in vivo-Eigenschaften
und Simulation mechanischer Interaktionen

Synthese von
Biohybridverbindungen
Rittal GmbH & Co. KG
Sensitec GmbH
Kunststoffe für Bionik-Handprothese

KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH


Baustellenanschlagpunkte, Emergency Airdrop System
und Ornithopterstudie
Honda Research Institute Europe GmbH
LOEWE-Schwerpunkt Präventive
Biomechanik-PräBionik
Leichtbauroboter BioRob




Tailored fiber placement (TFP): Faserplatzierung in
Hauptspannungsrichtung

Hochschule Darmstadt - Institut für Industrie-Design
Motorhalter, Achsschenkel

DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH
IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner
Handel

Adam Opel AG
EDAG GmbH & Co. KGaA
Fertigung,
Produktionstechnik
Technologietransfer
Firma
Aus-/ Weiter-/
Fortbildung
Beratung
Dienstleistung
Projekt/Produkt



Schockpalette, Kabeleinführung


Sensoren für bionisch inspirierte Leichtbauroboter
Technische Universität Darmstadt – KGBauKo


Lehre „Bionik im Bauwesen“ Verwertbare Lösungen
für die Fragen des Bauens
Technische Universität Darmstadt – Locomotion
Laboratory des Instituts für Sportwissenschaft


Laufroboter BioBiped


Klebstoff aus Muschelproteinen


BioClou-Feuchtklebstoff
TransMit Gesellschaft für Technologietransfer mbH
Universitätsklinikum Frankfurt/M.
14






























Optimierung
(CAO/SKO)





















Bildungsangebote




Konstruktion
Biomechanik
Förderprogramme
Organisations- und
Wirtschaftsbionik
Energie(-bionik)
Lärmreduktion
Bewegung
Falten
Kompetenzprofile
Design/
Formgestaltung
Kompetenzmatrix
Architektur/Bauen/
Planen
Leichtbau
Sensorik/
Kommunikation
Robotik/
Mechatronik
Automatisierung
Material
Optimierung
Aero-/Fluiddynamik
(Schwimmen/Fliegen)
Adaptronik
Molekulare Bionik/
Nanomaterialien
Ober-/Grenzflächen
Bionik
Literatur
Angewendete Bionik-Themen
Andere



















15
3.Kompetenzprofile
Bionik in Hessen
16
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Adam Opel AG
Rüsselsheim
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Adam Opel AG
Bahnhofsplatz
65423 Rüsselsheim
+49 (0)6142-770
www.opel.de
Mitarbeiter34.500
Gründungsjahr 1862 (Unternehmen Opel)
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Uwe Deller
+49 (0)6142-760178
+49 (0)6142-778409
[email protected]
Kernkompetenz:
1. Leistungsspektrum:
Fahrzeugentwicklung und –produktion
2. Produkte und Dienstleistungen:
 Nutz- und Kraftfahrzeuge
3. Einsatzgebiet:
Automobil
Achsschenkel, Motorhalter
Beschreibung
Die simulationsgestützte Optimierung ist ein wichtiges Werkzeug, wenn es darum geht, möglichst leichte Bauteile mit hoher Festigkeit zu entwickeln. Dabei haben sich vor allem die besonderen Optimierungsmethoden bewährt, die aus dem Bereich der Bionik stammen und deren
Grundlagen am Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt wurden. Dort wurden die Eigenschaften von biologischen Kraftträgern (wie beispielsweise Bäume, Krallen und Knochen) studiert.
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass biologische Kraftträger gemäß einer adaptiven
Wachstumsregel in ihre optimierten Formen hineinwachsen. Indem man die Wachstumsregel
simuliert und auf das zu optimierende Bauteil anwendet, wächst dieses dann virtuell in die optimierte Form, wie es beispielsweise ein Knochen tun würde, wenn er die Funktion des Bauteils
übernehmen müsste. Da die Wachstumsregel zu einem Abbau von Spannungsspitzen und
letztendlich zu einer homogenen Spannungsverteilung führt, kann sie zur Lösung von Festigkeitsproblemen unter Einsatz von minimalem Gewicht eingesetzt werden.
Die von der Wachstumsregel abgeleiteten klassischen Methoden CAO (Computer Aided Optimization) und SKO (Soft Kill Option) wurden 1992 bei der Adam Opel AG eingeführt und gemäß
den Anforderungen in der Praxis modifiziert. Später wurden diese Programme durch das Programm TopShape ergänzt, das Fertigungsrestriktionen für Gussteile berücksichtigen kann. Mit
dem Verfahren werden nun Gussteile, wie Motorhalter und Achsschenkel, aber auch Blechbauteile optimiert.
Abbildung: CAO/SKO Bearbeitung von Motorhalter (links) und Achsschenkel (rechts) (Quelle: Adam Opel AG)
17
Darmstadt
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Robert-Bosch-Str. 7
64293 Darmstadt
+49 (0)6151-2767285
+49 (0)6151-2767287
www.bionic-robotics.de
Mitarbeiter6
Gründungsjahr2010
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Jan Röhlinger
+49 (0)6151-2767285
+49 (0)6151-2767287
[email protected]
Kernkompetenz:
Entwicklung und Optimierung eines
Leichtbauroboters, Regelung elastischer
Systeme
Vertrieb des Leichtbauroboters BioRob
3. Einsatzgebiete:
 Pick and Place-Anwendungen
Inspektionsaufgaben
 Labor (Stand-alone/ Teil einer
Automatisierung)
Testsysteme
 Mobiler Einsatz
18
Leichtbauroboter BioRob
Beschreibung
Dem Leichtbauroboter BioRob liegt die Übertragung der Funktionsprinzipien eines biologischen Armmodells auf das ingenieurmäßige Konzept eines „bionischen Roboters“ zu Grunde.
Der BioRob ist ein elastisch nachgiebiger Leichtbauroboterarm, der sich in seinen Ausmaßen
und seiner Bewegungsgeschwindigkeit am menschlichen Arm orientiert.
Der Roboter zeichnet sich durch ein leichtgewichtiges Design mit einem bemerkenswerten Verhältnis von Traglast zu Eigengewicht aus. Ein besonderes Merkmal ist die hohe aktive und insbesondere passive Sicherheit bei Kollisionen. Diese Schutzmaßnahme ermöglicht seinen Einsatz im direkten Umfeld des Menschen, ohne ihn zu gefährden. Weitere Vorzüge sind die sehr
schnellen Einrichtungszeiten dank intuitiver Teach-In-Programmierung (manuelles Führen
oder Steuern des Roboters, um Bewegungsabläufe zu programmieren).
Unter dem Stichwort „Hybride Fertigung“ kann der Leichtbauroboter ohne zusätzliche Schutzeinrichtung zusammen mit dem Mitarbeiter „Hand in Hand“ arbeiten und diesen zum Beispiel
von stark repetitiven Arbeiten entlasten. Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels
in der Gesellschaft gewinnen solche Produktionskonzepte gerade für kleine und mittlere Unternehmen immer stärker an Bedeutung. Auf aufwendige Sicherheitseinrichtungen wie Lichtschranken oder Schutzzäune kann gänzlich verzichtet werden.
Die im Vergleich zu konventionellen Roboterarmtechnologien günstigen Anschaffungs- und
Betriebskosten führen zu einer schnelleren Amortisation der Investitionskosten.
Abbildung: BioRob Leichtbauroboter (Quelle: Bionic Robotics GmbH)
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Bionik-Sigma Innovation GmbH
Darmstadt
Adresse
Telefon
Internet
Bionik-Sigma
Innovation GmbH
Ingelheimer Straße 3
64295 Darmstadt
+49 (0)6151-318627
www.bionik-sigma.de
Mitarbeiter5
Gründungsjahr2008
Kontaktperson
Telefon
E-Mail
Sigrid Belzer
+49 (0)6151-318627
[email protected]
Kernkompetenz:
Das Unternehmen Bionik-Sigma besteht aus den
Bereichen Innovation, Education und Shop.
Bionik-Sigma Innovation verfolgt das Ziel, Unternehmen unterschiedlichster Branchen zu vernetzen und bionisch inspirierte Projekte von der Idee
bis zur Umsetzung zu unterstützen. Bionik-Sigma
Education ist führender Dienstleister für Bildungsprojekte im Bereich Bionik.
 Veranstaltungen, Konzepte und Beratung zur
Bionik
 Geschäftsstelle und Koordination des BionikNetzwerkes Hessen
 Nachwuchsförderung und Sensibilisierung der
MINT-Fachkräfte von morgen
 Schul-Workshops und Lehrerfortbildungen
 Ferienprogramme in Unternehmen und Bildungseinrichtungen
 Lesungen, Führungen und Vorträge
 Erarbeitung von Unterrichtsmaterialien und
Fachartikeln
 Beratung bei der Konzeption von Ausstellungen
 Handel mit Farbstoff-Solarzellen, Büchern,
Experimentiermaterialien
3. Einsatzgebiete:
 Alle produktionsbezogenen Branchen
Bildungssektor
Lernen von der Natur für die Technik: Bionik-Veranstaltungen,
Projektunterstützung, Fachinformationen und Bionik-Netzwerk
Hessen
Beschreibung
Bionik bedeutet Lernen von der Natur für die Technik. Um die spannenden Fakten zu BionikForschungsergebnissen und die Entwicklung von Bionik-Produkten noch bekannter zu machen
und weitere Entwicklungen voranzutreiben, bietet Bionik-Sigma Veranstaltungen, Materialien
und Beratung für unterschiedliche Zielgruppen an.
Bionik-Sigma führt die Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes Hessen und ist verantwortlich für
die Konzeption, Organisation und Durchführung der Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“,
eines der Formate, das sich direkt an die Unternehmen wendet. Doch indirekt ist es auch der
Bildungsbereich, aus dem die Wirtschaft von morgen Vorteile zieht.
Um dem Fachkräftemangel in MINT-Berufen entgegenzuwirken setzt Bionik-Sigma bereits in
der Schule an. Schulworkshops, Lehrerfortbildungen, Experimentiersets, selbstentwickelte Modelle und nicht zuletzt Lesungen zum erfolgreichen Buch „Die genialsten Erfindungen der Natur“ von Sigrid Belzer begeistern Kinder und Erwachsene in Deutschland, Italien und der
Schweiz. Wie groß das Interesse an Bionik-Projekten ist, zeigt eine Auswahl der vielen Projekte
mit unterschiedlichsten außerschulischen Kooperationspartnern:
Mercedes-Benz Bionik-Ausstellung „Abgucken erlaubt!“ (Ausstellungsberatung, KinderuniWorkshops deutschlandweit, Multiplikatoren-Schulungen für italienische Standorte)
Goethe Institut Rom (Konzeption, Lehrerfortbildung, Workshop-Reisen, Veröffentlichung)
two4science (Science-Camp Bionik, Hessen)
Bildungswerk der Bayerischen Wirtschaft (Lehrerfortbildungen und Bionik-Camps, Bayern)
Umweltdiplom Darmstadt (Außerschulische Angebote für SchülerInnen)
Odenwaldakademie (Schulworkshops, Führungen)
Die Themenvielfalt der Bionik erlaubt es, immer wieder neue Inhalte aus der Forschung aufzugreifen. Neben den Klassikern Klettverschluss, Selbstreinigung und Fliegen sind insbesondere
die Angebote zu Farbstoff-Solarzellen sehr gefragt, die ohne teure Rohstoffe auskommen und
sich im Schülerexperiment bauen und untersuchen lassen. Die Bionik bietet Möglichkeiten,
wichtige Megatrend- Themen auf spannende Weise im Unterricht einzubinden – das weckt Faszination und Interesse bei den Fachkräften unserer Zukunft.
Abbildung: Farbstoff-Solarzelle (Quelle: Bionik-Sigma)
19
Dipl. -Ing. H. Moldenhauer GmbH
Rödermark
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Dipl. -Ing. H. Moldenhauer
GmbH
Im Brückengarten 9a
63322 Rödermark
+49 (0)6074-1394
www.tailored-fiber-design.com
Gründungsjahr1982
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Dipl. -Ing. Herbert
Moldenhauer
+49 (0)6074-1394
[email protected]
Kernkompetenz:
Das Ingenieurbüro H. Moldenhauer für FEMStrukturberechnungen und Programmierung
besteht seit 1982. Der Schwerpunkt liegt auf dem
Sektor der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV). Die
Firma Dipl. -Ing. H. Moldenhauer GmbH legt für
Kunden FKV-Bauteile auf optimalen Kraftfluss aus.
 CAIOShell: Softwareprogramm zur Auslegung
optimierter Faserverläufe in Schalenstrukturen
 CAIOLoadpath: Softwareprogramm zur Visualisierung von Kraftflüssen und Anwendung der
Lastpfadmethode auf 2D- und 3D-Strukturen
 CAO: Softwareprogramm zur Formoptimierung
(nach Prof. C. Mattheck)
 SKO: Softwareprogramm zur Topologieoptimierung (nach Prof. C. Mattheck)
3. Einsatzgebiete:
Automotive
 Luft- und Raumfahrt
20
Tailored fiber placement (TFP): Faserplatzierung in
Hauptspannungsrichtung
Beschreibung
Nach dem Vorbild von natürlichen Faserverbundstrukturen, wie sie zum Beispiel bei Pflanzen,
Holz und Knochen zu finden sind, werden Bauteile in Faserverbundbauweise in Bezug auf maximale Steifigkeit und höchste Festigkeit optimiert. Die Kurzfasern in Knochen, die sogenannten Knochenbälkchen, passen sich während ihres Wachstums der Belastungsrichtung an. In
dieser Orientierung sind die Knochenbälkchen am wenigsten bruchgefährdet und ihre lokalen
Deformationen unter Belastung am geringsten.
Diese Anpassungsfähigkeit biologischer Strukturen ist auf den Konstruktionsprozess übertragbar. Wird der Knochen als Bauteil betrachtet, kann numerisch berechnet werden, welcher innere Spannungszustand aufgrund einer äußeren Belastung besteht. Der Spannungszustand kann
auf verschiedene Weise dargestellt werden, jedoch nur eine Darstellung ist vergleichbar mit der
Orientierung der Bälkchen in einem Knochen: der sogenannte Hauptspannungszustand.
Fasern in Verbundstrukturen sind so zu legen, dass sie den Hauptspannungsrichtungen folgen.
Der Faserverlauf ist dann optimal und maßgeschneidert (tailored fiber placement). Die notwendige Voraussetzung zur Berechnung eines optimalen Faserverlaufs ist somit die Berechnung
einer Hauptspannungsrichtung, die mit den Finite-Elemente-Methode (FEM) -Programme (zum
Beispiel Abaqus, Ansys, Marc, Nastran etc.) möglich ist. Durch Integration dieser Richtung werden Hauptspannungslinien mittels des Programms CAIOShell (Computer Aided Internal Optimization) berechnet, die den optimalen Faserverlauf repräsentieren. Im Allgemeinen besteht
die Optimierung aus CAIO-Faserverläufen, die auf eine Basisschicht aufgestickt werden. Die
CAIO-Muster beinhalten genaue XYZ-Koordinaten für Stickautomaten (BMBF BIOTEX-Projekt
03X1000L).
Abbildungen:
Bild links (Logo): Rovings längs der Hauptspannungsrichtungen S1 und S2 in einem Bootsrumpf unter Wasserdruck.
Bild Mitte: Flugzeugspant in einem 3-Punkt-Biegeversuch am Institut für Flugzeugbau Stuttgart (IFB), Prüfaufbau. Anwendung von
CAIO zur Auslegung optimierter Faserverläufe in Schalenstrukturen. Die Schwarz-Weiß Region zeigt die Extraktion von Einzelfasern aus
dem S2-Feld. Nur zusammen mit den S1-Fasern, die senkrecht auf den S2-Fasern stehen, ist eine CAIO- Auslegung vollständig.
Bild rechts: 2 CAIO- Anwendungen: Fahrradsattel unter dem Gewicht des Fahrers, Rohr mit Aussparungen unter Längskraft.
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH
Neu-Isenburg
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
DuPont de Nemours
(Deutschland) GmbH
Hugenottenallee 175
63263 Neu-Isenburg
+49 (0)6102-18-0
+49 (0)6102-18-1224
www.plastics.dupont.com
Mitarbeiter
über 1.000 in Deutschland
Gründungsjahr1961
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Frau Fulya Palakaya-Klören
+49 (0)2104-494856
+49 (0)2104-494857
[email protected]
Kernkompetenz:
DuPont ist eines der weltweit größten Unternehmen der chemischen Industrie. Neu-Isenburg ist
einer von vier deutschen Standorten.
 Tiernahrung und Krankheitsschutz
 Bekleidung und Textilien
 Chemikalien, Gemische und Lösungen
 Verbundwerkstoffe, Zwischenlagen und
Laminate
Baumaterialien
 Beratungsdienstleistungen und Prozesstechnologien
 Materialien für Displays und Beleuchtung
 Fasern, Gewebe und Vliesstoffe
 Industrielle Biotechnologie
 Membranen und Folien
 Verpackungsmaterialien und Lösungen
 Persönliche Schutzausrüstung
Pharmaprodukte
 Pigmente, Farbstoffe und Färbemittel
 Kunststoffe, Polymere und Harze
 und andere
Kunststoffe für Bionik-Handprothese
Beschreibung
Die i-LIMB Hand des schottischen Bionik-Spezialisten Touch Bionics (Edinburgh) ist eine neuartige Prothese, die aussieht wie eine menschliche Hand und sich auch so anfühlt. Möglich wurde
diese revolutionäre Prothese durch den Einsatz neuester Materialien und Konstruktionstechniken. So verwendet der Hersteller beispielsweise für insgesamt 33 Komponenten der Kunsthand
– darunter die einzelnen Fingerglieder und das Gehäuse für die Steuerung – einen besonders
robusten und leichten Typ des Hochleistungspolyamids Zytel® HTN von DuPont. Auf Grund des
eingeschränkten Bauraums für die Mechanik der Prothesen benötigte Touch Bionics einen
hochfesten und steifen Werkstoff, dessen E-Modul mit dem eines menschlichen Knochens vergleichbar ist (15 bis 16 Gigapascal). Zudem waren hohe Schlagzähigkeit und Oberflächenqualität gefordert. Die bionische Hand ist besonders leicht und robust und findet bei den Patienten
sowie beim Klinikpersonal gleichermaßen positive Resonanz. Alle fünf Finger der Kunsthand
sind individuell angetrieben und mit Gelenken versehen. Dadurch ermöglicht sie dem Prothesenträger völlig neue Griffmuster. Mit dieser neuen Fingerfertigkeit ist der Benutzer in der
Lage, bis zu 90 Prozent aller im Alltag wichtigen Bewegungen auszuführen.
(Quelle: Du Pont de Nemours (Deutschland) GmbH veröffentlicht in materialNews 21.6.2007)
Weitere Informationen
www.plastics.dupont.com/plastics/pdflit/europe/design/ed0702e05.pdf
www.touchbionics.com/newsevents/latest-news/2006/10/
new-details-of-revolutionary-bionic-hand-technology-revealed
Abbildung: i-Limb Hand (Quelle: DuPont/Bionic)
3. Einsatzgebiete:
Konsumgüterindustrie
 Kunststoff-, Chemie-, Agro- und Papierindustrie
 Beschichtungs- sowie die Klebstoff- und
Dichtungsindustrie und andere
21
Fulda
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Reesbergstraße 1
36039 Fulda
+49 (0)661-60000
+49 (0)661-6000223
www.edag.com
Mitarbeiter4.200
Gründungsjahr1969
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Dr. Ing. Martin Hillebrecht
Dipl.-Ing. Daniel Richter
+49 (0)661-6000255
+49 (0)614-2820724
+49 (0)661-112524
[email protected]
[email protected]
Kernkompetenz:
EDAG ist der führende und unabhängige Entwickler für die Mobilität der Zukunft. Die Expertise ist
die Entwicklung kompletter Fahrzeuge, Module
und Produktionsanlagen. EDAG arbeitet nach dem
Prinzip der „fertigungsoptimierten Lösung“, das
heißt, dass Entwicklungsergebnisse auch stets auf
die Anforderung der Produktion abgestimmt
werden.
 Komplettentwicklung von Fahrzeugen und
Modulen
 Komplettentwicklung von Produktionsanlagen
 Kleinserienfertigung (Prototypen, Werkzeugund Karosseriesysteme)
 Competence Center „Leichtbau, Werkstoffe und
Technologie“
 Competence Center „Elektromobilität”
 Designstudio sowie Modell- und Prototypenbau
3. Einsatzgebiete:
 Automobilentwicklung und -produktion
 Schienenfahrzeugindustrie
 Leichtbauproduktionstechnologie
 Elektromobilität
22
Competence Center bei EDAG für Leichtbau, Werkstoffe und
Technologien
Der Bionik wird besondere Rechnung getragen durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit
von Engineering- und Fertigungsspezialisten mit dem Design als Impulsgeber
Beschreibung
EDAG beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit angewandter Bionik im Engineering, sei es
im Rahmen eigener Studien oder bei vertraulichen Kundenprojekten. Als Beispiel sei ein topologieoptimierter A-Säulen-Knoten aus dünnwandigem Stahlguss genannt. Dieser hochfeste
und lastgerecht gestaltete Knoten wurde im Technologieträger des EDAG „Light Car“ verbaut.
Um solche Ergebnisse erzielen zu können, arbeiten bei EDAG die Engineering-Disziplinen
Leichtbau, Werkstoffe und Technologien eng zusammen. Auch in Anlehnung an die Natur können unsere Designer bionische Konzepte herleiten und mögliche Produktanwendungen umsetzen: Vom Analysieren der Lastfälle und der Funktionen über die topologische Optimierung
mittels Computer Aided Engineering (CAE) bis hin zur fertigungsgerechten Gestaltung und dem
Abgleich mit Wissensträgern der Biologie. Insbesondere die generativen Herstellungsverfahren, zu denen wir als Modell- und Prototypenbauer bereits eine gute Beziehung haben, bieten
in der Bionik ein großes Potenzial.
Abbildung links: Exponat von EDAG auf der IAA 2013: Generative Fertigung von ultraleichten multifunktionalen Komponenten am Beispiel Leistungselektronik: Die Vision von EDAG ist die werkzeuglose Fertigung von komplexen metallischen Strukturen mit unerreichter Gestaltungsfreiheit und maximalem Leichtbaupotenzial für kleine Serien. Bei maximaler Funktionsintegration und einem gegenüber der Referenzbauweise um 70 Prozent reduzierten Gewicht bieten aus Sicht von EDAG die generativen Herstellverfahren in
Kombination mit der Bionik ein besonderes Zukunftsfeld (Quelle: EDAG GmbH & Co. KGaA)
Abbildung rechts: Bauteilauslegung
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Servicebereich Verfahrenstechnik & Engineering / Hanau-Wolfgang
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Rodenbacher Chaussee 4
63457 Hanau-Wolfgang
+49 (0)6181-590
+49 (0)6181-593030
www.evonik.com
Mitarbeiter33.000
Gründungsjahr2007
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Dr. Juri Tschernjaew
+49 (0)6181-595461
+49 (0)6181-5975461
[email protected]
Kernkompetenz:
Evonik ist eines der weltweit größten Unternehmen der Spezialchemie. Innerhalb des Industrieparks Hanau betreibt Evonik ein innovatives
Produktions- und Forschungszentrum für Materialtechnologie, Chemie und Pharma.
Antifouling-Anstriche
Beschreibung
Evonik Industries AG setzt in einigen innovativen Projekten auf die Bionik. Der Servicebereich
Verfahrenstechnik & Engineering und der Geschäftsbereich Inorganic Materials der Evonik Industries AG in Hanau haben in der Vergangenheit im Rahmen eines BMBF-Projektes an Additiven gearbeitet, mit denen natürliche, ungiftige Aktivstoffe durch Mikroverkapselung in handelsübliche Schiffslacke eingebunden werden sollten und mit denen die Lackoberfläche
zusätzlich gezielt strukturiert werden kann. Als Vorbild aus der Natur orientiert sich das Projekt
dabei dabei an Delphinen und Haien, deren spezielle Hautoberflächen das Anwachsen von Biofilmen verhindert. Ein anderes Vorbild war ein im Meer lebender Schwamm, der den Bewuchs
mit natürlichen Aktivstoffen abwehrt.
Die Ergebnisse des BMBF-Projektes waren Lackformulierungen mit nachweislicher AntifoulingWirkung. Aufgrund des momentanen technologischen Stands können diese Formulierungen
noch nicht wirtschaftlich hergestellt werden.
Weitere Informationen:
http://content.media.cebit.de/media/000081/0081125ger.pdf
Abbildung: Testplatte links mit Antifouling-Wirkung; Testplatte rechts ohne Antifouling-Wirkung. (Quelle: Evonik Industries AG)
 Inorganic Materials (Spezialchemikalien)
 Advanced Intermediates (Produkte zur Weiter verarbeitung in Endanwendungen wie Kunst stoffen, Agro- und Papierprodukten)
 Coatings & Additives (Beschichtungen, Zusätze)
 Consumer Specialties (Rohstoffe, Additive und
Wirkstoffe für Konsumgüter)
 Performance Polymers (Hochleistungsmaterialien)
 Health & Nutrition (Gesundheitsprodukte
und Nahrungsmittel)
3. Einsatzgebiete:
Konsumgüterindustrie
 Kunststoff-, Chemie-, Agro- und Papierindustrie
 Futtermittel- und Pharmaindustrie
 Lack-, Farb- und Beschichtungs-, Klebstoff und Dichtungsindustrie
 Beteiligungen in den Bereichen Energie
und Immobilien
23
Hochschule Darmstadt - Institut für Industrie-Design (IFID)
Darmstadt
,167,787)5,1'8675,('(6,*1
+2&+6&+8/('$5067$'7
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Hochschule Darmstadt –
Institut für Industrie-Design
Eugen-Bracht-Weg 6
64287 Darmstadt
+49 (0)6151-8331
+49 (0)6151-8940
www.ifid-da.de
Mitarbeiter8
Gründungsjahr2009
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Prof. Tom Philipps
+49 (0)171-5123993
[email protected]
Kernkompetenz:
Das IFID ist eine wissenschaftliche Einrichtung des
Fachbereichs Gestaltung/ Studiengang IndustrieDesign der Hochschule Darmstadt. Es fördert die
Gewinnung wissenschaftlicher und gestalterischer
Erkenntnisse sowie die wissenschaftliche und
gestalterische Grundlegung und Weiterentwicklung von Lehre und Studium auf dem Gebiet des
Industrie-Designs.
Lehre
Forschung
FuE-Projekte
 Entwicklung neuer Methoden und Modelle
3. Einsatzgebiete:
Elektromobilität
Medizintechnik
Baustellenanschlagpunkte, Emergency Airdrop System und
Ornithopterstudie
Beschreibung
Studenten und wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Industriedesign haben bereits
mehrfach Projektideen ausgearbeitet, die einen bionischen Hintergrund haben. Beispielhaft
werden drei Projekte vorgestellt:
SIGECCO ist ein System von mobilen Anschlagpunkten und weiteren Anschlagmitteln, das die
temporäre Einrichtung und die Unterhaltung von Versorgungsstrukturen auf einer Baustelle
ermöglicht. Strangbündel für Drehstrom, Wasser, Gas und Kommunikation, Baustromverteiler
und Baustellenbeleuchtung können auf eine sehr einfache und schnell handhabbare Art, rückstandsfrei und ohne weitere Hilfsmittel an Wänden und Decken befestigt werden. Die reversible Haftung erfolgt durch Nano-Haftplatten und durch eine biomimetisch inspirierte Methode
zum Fixieren, Lösen und Umsetzen der Anschlagpunkte.
Das EMERGENCY AIRDROP SYSTEM ist ein neu entwickeltes Hilfsgut-Abwurf-System, das die
Fähigkeit des passiven Fliegens nach dem Vorbild von Flügelsamen nutzt. Das zentrale Element, der Gütercontainer, befindet sich im Zentrum der Flügelkonstruktion. Durch das Gewicht
des Containers innerhalb des Systems wird das Zusammenfalten der Flügel ermöglicht und
eine optimale Transportsituation geschaffen. Beim Abwurf der Güter entfalten sich die Flügel
aufgrund des nun freien Raumes. Das System wird sofort in Autorotation versetzt, so dass Auftrieb erzeugt und der Aufprall verringert wird.
MILAN ist eine Ornithopterstudie (Flugschlagapparat), die auf einer Material-Machbarkeitsstudie aufbaut. Eine auf einem Exoskelett basierende Konstruktion zitiert die zukünftigen Möglichkeiten und Optionen der Nanotubes-Technologie. Mit Hilfe von Carbon-Nanotubes-Muskeln
könnte die komplizierte Bewegungsabfolge eines Flügelschlags, unter Berücksichtigung der
dynamischen Belastungen und der notwendigen Leichtbauvorgaben, nachempfunden werden.
Diese konsequente Verbindung aus Leichtbau, modernsten Materialien und einer effektiven
Energieversorgung ermöglicht es zukünftig, ein Fluggerät zu erstellen, welches den lang ersehnten Menschheitstraum vom „Fliegen wie ein Vogel“ erfüllen kann.
www.ifid-da.de
Abbildung oben links: Ornitopterstudie „Milan”; Abbildung oben rechts: Emergendy Airdrop System; Abbildung unten links:
Anschlagspunkt Sigecco (Quelle: Prof. Tom Philipps)
24
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Honda Research Institute Europe GmbH
Offenbach
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Honda Research Institute
Europe GmbH
Carl-Legien-Straße 30
63073 Offenbach/Main
+49 (0)69-890110750
+49 (0)69-89011749
www.honda-ri.de
Gründungsjahr2003
Kontaktperson
E-Mail
Prof. Dr. Bernhard Sendhof
[email protected]
Kernkompetenz:
Innovation through science – “HRI contributes to
Honda's dream of a sustainable and joyful society
by creating innovations that harmonize technology, nature and people.”
Die Erforschung intelligenter Systeme ist der Fokus
des Honda Research Institute Europe. Intelligente
Systeme werden unsere Zukunft in mannigfaltiger
Weise beeinflussen. Nachhaltige und sichere
Mobilität, kognitive Roboter, intelligentes Prozessmanagement und maximale Ressourceneffizienz
sind einige der Kernthemen, die am Institut
Beachtung finden. Intelligenz ist entscheidend,
um Komplexität in Produkten und Prozessen
effektiv gestalten zu können.
Kognitive Systeme & Repräsentationen, Sensorische Verarbeitung &
Lernen, Systemarchitektur & Embodiment, Optimierung & Analyse
komplexer Systeme
Beschreibung
Die oben genannten bionischen Kompetenzen fließen in verschiedene Projekte ein, die intelligente Verfahren und Technologien erforschen, weiterentwickeln und auf Probleme und Herausforderungen von Mobilitätslösungen und Prozessabläufen der Zukunft anwenden. Das nachfolgende Beispiel „Bildverarbeitung mit optischem Fluss zur frühen Erkennung von Gefahren“
verdeutlicht wie bionische Verfahren1 technische Anwendung finden.
1
Gibson, J.J. (1950). The Perception of the Visual World.
Bildverarbeitung mit optischem Fluss zur frühen Erkennung von Gefahren
Die Abbildungen verdeutlichen den Ablauf
der Bildverarbeitung: Die Verkehrsteilnehmer
im Vordergrund werden mit Hilfe des Prinzips
des optischen Flusses vom Hintergrund getrennt. Damit werden die Bewegungen im
Bild berechnet und sich unterschiedlich bewegende Bildbereiche getrennt. Gegebenenfalls wird der Fahrer optisch gewarnt.
3. Einsatzgebiete:
Mobilität
Robotik
Abbildungen oben links: Repräsentation von Elementen einer Verkehrsszene; Online Lernen von Objekten in der Interaktion zwischen Mensch und Roboter.
Abbildungen oben rechts: Deformationsgitter um ein Fahrzeugmodell; Beispiel einer Topologieoptimierung.
25
IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner
Ginsheim-Gustavsburg
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
IBDH
Ingenieurbüro Dr. Hübner
Albert-Einstein Str. 19
65462 Ginsheim-Gustavsburg
+49 (0) 6144-9800866
www.alice-dsl.net/
martinhuebner
Mitarbeiter1
Gründungsjahr2008
Kontaktperson
Telefon
E-Mail
Dr. Martin Hübner
+49 (0) 6144-9800 866
[email protected]
Kernkompetenz:
 Ingenieurbüro mit Beratungsschwerpunkt
für branchenunabhängige Qualitäts- und
Unternehmensentwicklung
 Kontinuierliche Verbesserungsprozesse (KVP)
 Qualitätsverbesserungen, Kaizen, SixSigma,
TQM
 Zuverlässigkeits-/ Verfügbarkeitsberechnung
(MTBF/RAMS)
 Risikoanalyse (FMEA/FMECA)
 Design of Experiments (DoE)
 Optimierung multivariabler Systeme
und Organisationsstrukturen
Qualitätsmanagement
3. Einsatzgebiete:
 Fahrzeugbau
 Maschinenbau
 IT
 Feinwerktechnik/Optik
 Consulting
 Luftfahrttechnik
 Öl- und Gasindustrie Offshore
26
Optimierung multivariabler Systeme mittels Evolutionsstrategie
Beschreibung
Die Evolutionsstrategie bietet die Möglichkeit, die Parameter eines Systems so einzustellen,
dass ein vorgegebenes Optimierungsziel bestmöglich erfüllt wird. Dabei dürfen die Parameter
auch voneinander abhängig sein – eine Bedingung unter der herkömmliche Optimierungsverfahren meist versagen. Bei der Optimierung von Tragflügelprofilen konnte die Evolutionsstrategie erfolgreich angewendet werden.
Die Evolutionsstrategie ist eine Methode, die die natürliche Evolution als Vorbild hat. Die biologische Evolution beruht im Wesentlichen auf Mutation, Rekombination und Selektion. Die Evolutionsstrategie hat zum Ziel, Handlungsregeln für eine schrittweise genauer werdende Nachahmung der natürlichen Evolution zu entwerfen.
(Quelle: nach Nachtigall, W.: Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 2. Auflage. Heidelberg:
Springer Verlag, 2002)
www.consultingregion.de/consulting/content/
dr-martin-hübner-ibdh-ingenieurbüro-drhübner-qualitätsmanagement
www.xing.com/companies/ibdh-ingenieurbürodr.hübner
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Institut für Experimentelle Biomechanik
Ober-Mörlen
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Privates Institut für
Experimentelle Biomechanik
Sandgasse 24
61239 Ober-Mörlen
+49 (0)6002-377386
www.biomechanik-iebm.de
Gründungsjahr2006
Kontaktperson
Telefon
E-Mail
Prof. Dr. biol. hom. Dipl.-Ing. Andreas Geck
+49 (0)6002-377386
[email protected]
Kernkompetenz:
Förderung interdisziplinärer Forschung und
Entwicklung in Medizin und Naturwissenschaften
 Unabhängige Bewertung und Begutachtung
von biomechanischen und medizintechnischen
Lösungsansätzen
 Entwicklung von Modellen und Konzepten für
Medizintechnik, Biomechanik und Bionik
 Bearbeitung messtechnischer Fragestellungen
der Biomechanik und Bionik
 Entwicklung von Endo- und Exoprothesen
sowie medizintechnischer Geräte und Hilfsmittel
Implantat zur axialen polysegmentalen Spondylodese der
Halswirbelsäule
Beschreibung
Ziel dieses Projektes war es, einen neuen Typ von Endoprothesen zu entwickeln, der im Gegensatz zu bisher verfolgten Ansätzen einen besseren Therapieerfolg im Langzeiteinsatz ermöglicht. Dazu wurden bestehende technische Lösungen analysiert und vorhandene Messdaten
ausgewertet. Umfangreiche eigene Untersuchungen zur Biomechanik der menschlichen Halswirbelsäule ergänzten das Untersuchungsspektrum. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse entstand ein neuartiges Endoprothesen-Konzept, das die biologischen Konstruktionsprinzipien der Halswirbelsäule stärker berücksichtigt als bisherige Endoprothesen. Die Implantation
und Verankerung des Implantates innerhalb des Wirbelkörpers bewirkt eine bessere Abstimmung von biologischer Struktur und technischer Konstruktion unter statischer und dynamischer
Belastung. Diese verbesserte Abstimmung hat eine optimierte Stabilisierung der Halswirbelsäule und insbesondere eine verbesserte Langzeitstabilität zur Folge.
Eingetragenes Patent unter der Nummer: DE 10 2006 022 431 A1 2007.01.18 Implantat
mit einem Verbindungsstück zur Überbrückung eines defekten Wirbelkörpers der Halswirbelsäule eines Menschen; axiale, bikortikale, verriegelbare, mehrsegmentale HWSEndoprothese.
Abbildung: Implantat zur axialen polysegmentalen Spondylodese der Halswirbelsäule (Quelle: A. Geck)
3. Einsatzgebiete:
 Medizin
 Medizintechnik
 Orthophädie
 Endo-/Exoprothetik
27
KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH
Obertshausen
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
KARL MAYER
Textilmaschinenfabrik GmbH
BUSINESS UNIT WARP
KNITTING
Brühlstraße 25
63179 Obertshausen
+49 (0)6104-4020
+49 (0)6104-4027360
www.karlmayer.com
Mitarbeiter
2.000 weltweit
Gründungsjahr1937
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Michael Kieren
+49 (0)6104-4020
+49 (0)6104-40273316
[email protected]
Kernkompetenz:
KARL MAYER ist Weltmarktführer in den Bereichen
Kettenwirk- und Raschelmaschinen sowie Kettvorbereitungsanlagen. Die familiär geführte Firmengruppe mit Sitz in Obertshausen bei Frankfurt/M.
beschäftigt mehr als 2.000 Mitarbeiter. Das Unternehmen verfügt über Niederlassungen in den USA,
Großbritannien, Italien, Hongkong, Japan und
China sowie in der Schweiz. KARL MAYER operiert
in den Geschäftsbereichen Wirkmaschinen, Kettvorbereitung und Technische Textilien
 Textilmaschinen zur Herstellung von
Bekleidungstextilien
Sporttextilien
Heimtextilien
 Technische oder semitechnische Textilien
3. Einsatzgebiete:
Automotive
Industrie
Composites
Sport
 Wäsche und Fashion
28
Textilien mit Oberflächen und Aufbau nach bionischem Vorbild
Beschreibung
Auf Grundlage der Beobachtung der Funktionsweise der Haifischhaut wurden neue synthetische Stoffe entwickelt, die bei der Verwendung in Schwimmanzügen für Leistungssportler den
Strömungswiderstand verringern. Die Anzüge verschaffen dem Träger beim Schwimmen einen
Zeitvorsprung von bis zu 1,5 Sekunden auf einer 100-Meter-Strecke.
Zur Herstellung der Spezialtextilien für die Schwimmanzüge nach dem Vorbild der Haifischhaut
werden Hochleistungs-Kettenwirkmaschinen von KARL MAYER eingesetzt.
Weitere Textilmaschinen aus dem Hause KARL MAYER dienen der Fertigung von Klettverschlüssen für Babywindeln – eine Anwendung, bei der die Klette Pate stand – und der Produktion von
Abstandsgewirken mit vielfältigen Funktionen. Das Institut für Textil- und Verfahrenstechnik
(ITV) in Denkendorf entwickelte aus den textilen Spacern (Abstandsgewirken) nach dem Vorbild
des Eisbärfells einen Verbund mit speziellen isolierenden Eigenschaften. Das innovative Material verwendete das ITV in dem energieunabhängigen Gebäude „Eisbär-Pavillon“, das auf dem
Gelände des ITV steht. Zudem setzte das ITV ein Projekt zur Herstellung von Nebelkollektoren
für die Wassergewinnung in der Wüste um. Wie es geht zeigte der Wüstenkäfer Onymacris. Das
ITV entwickelte 3D-Gewirke und Netze, die nach dem Vorbild dieses Überlebenskünstlers über
Kondensation Nebel in Wasser umwandeln. Die dabei eingesetzten Textilien wurden auf Maschinen von KARL MAYER gefertigt.
www.itv-denkendorf.de/images/ITV/Newsletter/newsletter_01_13.pdf
Abbildung links: Südseite des Eisbär-Pavillons mit im Dach eingebauten solarthermischen Kollektorbahnen (© ITV).
(Quelle: KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH)
Abbildung rechts: Klettverschlüsse werden auf Maschinen aus der KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH hergestellt
(Quelle: Bionik-Sigma)
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik – PräBionik
Institut für Materialwissenschaften (ifm), FB Informatik und Ingenieurwissenschaften, Frankfurt/M.
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Fachhochschule Frankfurt/M.,
Institut für Materialwissenschaften (ifm), FB Informatik
und Ingenieurwissenschaften
Nibelungenplatz 1, Gebäude 4
60318 Frankfurt/M.
+49 (0)69-1533 0
+49 (0) 69-15332400
www.fh-frankfurt.de
www.praeventivebiomechanik.eu
Gründungsjahr1971
Kontaktperson
Telefon
Telefax
Prof. Dr. Ing. habil.
Gerhard Silber
+49 (0)69-15333035
+49 (0)69-15333030
Kernkompetenz:
Die FH Frankfurt/M. ist Koordinatorin des gemeinsamen Forschungsverbundes.
 Antragstellung und Durchführung von FuEProjekten mit Industriepartnern
 Lehrveranstaltungen und Seminare
 Durchführung von Experimenten an technischen Materialien und in vivo-Experimenten an
Probanden mit Spezialvorrichtungen und
bildgebenden Verfahren (MRT)
 Auswertung auf Basis kontinuumsmechanischer
Methoden und der Materialtheorie
 Strukturmechanische Analysen mit Hilfe der
FEM
 Berechnung und Simulation mechanischer
Interaktionen zwischen dem Menschen und
technischen Stützkonstruktionen
3. Einsatzgebiete:
 Entwicklung von Produkten aus dem technischen und medizinischen Marktsegment auf
Basis biomechanischer Erkenntnisse
 Biomechanische Optimierung technischer und
medizinischer Produkte auf Basis geeigneter
Optimierungskriterien
Entwicklung digitaler Menschmodelle mit in vivo-Eigenschaften und
Simulation mechanischer Interaktionen
Beschreibung
Im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts (Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlichökonomischer Exzellenz) Präventive Biomechanik (PräBionik) werden am Institut für Materialwissenschaften der Fachhochschule Frankfurt/M. die mechanischen Wechselwirkungen zwischen bestimmten Regionen des menschlichen Körpers und technischen Stützkonstruktionen
wie Autositzen, Gefäßprothesen oder Sportschuhen untersucht. Ziel ist es, Verletzungsrisiken
durch biomechanisch optimierte Produkte – vom Joggingschuh über Fahrradsättel, Sitzpolster,
Liegesysteme bis hin zum Auto- und Flugzeugsitz – zu minimieren und den Sitz- und Tragekomfort zu erhöhen.
Die Analyse mechanischer Interaktionen zwischen dem menschlichen Körper beziehungsweise
einzelnen Körperregionen und extrakorporalen Stützkonstruktionen (etwa Liege- und Sitzsystemen bei Ruhelagen oder Crash, Gesundheits- und Sportschuhen beim Gehen und Laufen) oder
intrakorporalen Stützkonstruktionen (etwa Gefäßstützen oder Implantate (Endoprothetik)) stellt
eine wesentliche Grundlage der Präventivbiomechanik in Medizin, Biologie und Sport dar. Für
solche Analysen sind universell einsetzbare komplexe 3D-Mensch-Modelle erforderlich, die
sehr effizient auf Basis der Finite Elemente Methode (FEM) erstellt werden können. Diese im
Ingenieurwesen zur Optimierung technischer Bauteile weit verbreitete Berechnungsmethode
erlaubt die Optimierung virtueller Mensch-Modelle (BOSS-Modelle - Body Optimization & Simulation System), die es möglich machen, unterschiedliche Effekte während der Interaktion
mit technischen Stützkonstruktionen zu simulieren und zu messen.
(Textquelle: verändert nach www.praeventive-biomechanik.eu/cms/teilprojekte/32-mm.html)
In insgesamt 14 Teilprojekten werden Fragestellungen zu gesundheitsgefährdenden Interaktionen zwischen humanen Weichgeweberegionen und Stütz-Konstruktionen (Hilfsmittel) sowie
Implantaten in Knochen und Knorpel aus dem klinischen Alltag in interdisziplinären Ansätzen
aus Ingenieurwissenschaften, Biologie und Medizin bearbeitet.
Weitere Forschungsverbundpartner: Goethe-Universität Frankfurt/M., Philipps-Universität Marburg
Assoziierte Einrichtungen: Bergische Universität Wuppertal, Johannes Gutenberg Universität
Mainz und Katholisches Klinikum Mainz
Abbildung: Mechanische Interaktionen zwischen Weichgeweberegionen und Stützkonstruktionen (Studien)
Abbildung links: extrakorporale Stützkonstruktion Gesäß/Sitz
Abbildung rechts: intrakorporale Stützkonstruktion Stent/Gefäß
29
Philipps Universität Marburg AG Molekulare Bionik
Marburg
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Philipps Universität Marburg
AG Molekulare Bionik
Hans-Meerwein-Straße 4
35032 Marburg/Lahn
+49 (0)6421-2822030
+49 (0)6421-2822021
www.uni-marburg.de/
fb15/ag-geyer
Mitarbeiter10
Gründungsjahr2010
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Prof. Dr. Armin Geyer
+49 (0)6421-2822030
+49 (0)6421-2822021
armin.geyer@
staff.uni-marburg.de
Kernkompetenz:
 Synthese von Peptiden und Peptidmimetika
NMR-Spektroskopie
 Forschung und Lehre
3. Einsatzgebiete:
Biomineralisation
Auto-Antikörper
Synthese von Biohybridverbindungen – NMR-Spektroskopie
Beschreibung
Die richtige Abfolge der Bausteine eines Biopolymers ist mit der korrekten Abfolge der Buchstaben in einem Wort vergleichbar. Ein falscher Buchstabe kann die gesamte Bedeutung eines
Wortes verändern („Fisch“ wird zu „Tisch“), so wie eine vertauschte Aminosäure die Form einer
Peptidkette vollkommen verändert. Die Natur benötigt nur 20 unterschiedliche Aminosäuren,
um großartige Proteinstrukturen mit hoher Präzision aufzubauen. Vergleichbar einem Autor,
der mit nur 26 Buchstaben des Alphabets ganze Romane schreibt. Ein Roman ist viel mehr als
nur ein langer Buchstabenwurm, so wie das Protein viel mehr ist, als nur eine Abfolge unterschiedlicher Aminosäuren.
Auf molekularer Ebene bedeutet Bionik die Synthese sequenzspezifischer Polymere mit vorgegebenen Abmessungen. Aus dieser einheitlichen Form der Moleküle folgt die Funktion nach
dem Vorbild der Natur. Dabei greifen die Moleküle wie Zahnräder ineinander, man spricht von
einem molekularen Erkennungsprozess. Da alle Polymermoleküle die gleiche Länge (monodispers) und eine identische Abfolge von Monomerbausteinen besitzen, führen alle den gleichen
molekularen Erkennungsprozess aus, insgesamt sehr viel selektiver als dies mit üblichen synthetischen Polymeren erreichbar wäre. Ein solches Epitop kann ein wiederkehrendes Ladungsmuster auf einem Molekülstäbchen sein, welches dann die Biomineralisation von Kieselsäure
vermittelt. Vorbild hierfür sind die Kieselsäure-bildenden Lebewesen, welche ähnliche Prinzipien für die hierarchische Biomineralisation ihrer Skelette oder Schalen nutzen. Dabei ist die präzise räumliche Präsentation eines Ladungsmusters entscheidet über den Erfolg des Fällungsprozesses. Zahlreiche Anwendungen formstabiler Peptide ergeben sich bei medizinischen
Fragestellungen, wo es auf molekularer Ebene oft um die korrekte Ausbildung großflächiger
Kontakte zwischen Proteinen geht. Unsere synthetischen Epitope kommen dort zum Einsatz, wo
es um die Aufklärung molekularer Erkennungsprozesse geht. Als erfolgreiche Anwendungen
der synthetischen Epitope sind hier die Bindung von Autoantikörpern der Rheumatischen Arthritis oder der Alzheimer-Demenz zu nennen.
Weitere Buchstaben werden als Informationsträger nur dann in ein Alphabet aufgenommen,
wenn sie neue Funktionen vermitteln. Bis in unsere Alltagssprache schaffen es allerdings nur
ganz wenige Schriftzeichen. Prominente Beispiele für solche Neuerungen auf der PC-Tastatur
sind das @ oder das €. Eine neue Aminosäure in ein Epitop zu integrieren lohnt auch nur, wenn
diese Aminosäure etwas ganz besonderes kann. Auch dazu drängt sich die Analogie zwischen
Chemie und Sprache auf. Was auf dem Gebiet der Aminosäuren bisher unbekannt war, sind
Bausteine, die den Steuerbefehlen auf der Tastatur entsprechen. Die Funktion, die einem
30
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
„Zeilenumbruch“ vergleichbar ist, wurde durch den Einbau einer neuen Aminosäure in ein synthetisches Protein realisiert. Diese neue Aminosäure hat die Form einer Haarnadelkurve und
ersetzt zwei herkömmliche Aminosäuren, deshalb der doppelt so lange Name Hot=Tap.
Hot=Tap schränkt die Beweglichkeit des Proteins auf ein Minimum ein. Wie ein Scharnier hält
es die benachbarten Aminosäureketten in vorhersagbarer Form fest. Für planbare Peptidarchitekturen besteht großer Bedarf in der medizinischen Forschung. Als formstabile Epitope können diese Peptide dann Antikörper erkennen, vergleichbar einem Schlüssel, der nur in ein ganz
bestimmtes Schloss passt.
Die Planung eines formstabilen Epitops sowie der Aufbau am Peptidsynthesizer ist nur dann
möglich, wenn man auch die notwendigen analytischen Methoden zur Charakterisierung dieser Peptidarchitektur zur Verfügung hat. Höchste Genauigkeit bei der Bestimmung der relativen räumlichen Anordnung von Atomen liefert die Kristallstrukturanalyse, welche als Beugungsmethode jedoch an einen Kristall gebunden ist, worin die Einzelmoleküle wie Ölsardinen
in einer Büchse zusammengepfercht sind. Die Kernresonanz-(NMR-)Spektroskopie hingegen
charakterisiert das Molekül im gelösten Zustand, wo auch die molekularen Erkennungsprozesse
stattfinden. Man sieht dem Molekül (bildlich Sardine) beim Schwimmen zu und kann so das
harmonische Zusammenspiel der Funktion der Seitenketten (bildlich Flossen) zur Bestimmung
der Funktion identifizieren. Anschauliche Analogien sind sehr schnell überstrapaziert, sie sind
jedoch wertvoll, wenn es darum geht, neue Anwendungsgebiete für die Molekulare Bionik als
chemische Synthese formstabiler Biohybridverbindungen zu erschließen.
Abbildung: Aminosäuren (Quelle © AG Molekulare Bionik)
Abbildung linke Seite, linkes Bild: Die Tastatur der natürlichen Aminosäuren wird durch synthetische Bausteine erweitert
Abbildung linke Seite, rechtes Bild: Am Peptidsynthesizer können lange Peptidketten einfach zusammengesetzt werden
Abbildung rechte Seite, linkes Bild: Die NMR-Spektroskopie identifiziert die dreidimensionale Form der Peptidkette
Abbildung rechte Seite, rechtes Bild: Wie der Verschluss einer Perlenkette, so benötigt die Ligation der beiden Enden der Peptidkette
einen molekularen Haken und eine dazu passende Öse
(Quelle: Prof. Dr. Armin Geyer)
31
Herborn
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Auf dem Stützelberg
35745 Herborn
+49 (0)2772-5050
+49 (0)2772-5052319
www.rittal.de
Mitarbeiter
Weltweit 10.000
Gründungsjahr1961
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Uwe Scharf
+49 (0)2772-5050
+49 (0)2772-5052319
[email protected]
Schockpalette, Kabeleinführung
Beschreibung
Die Ergebnisse einer Kooperation mit dem Team um Prof. Dr. Thomas Speck von der Universität
Freiburg können sich sehen lassen. Darunter befinden sich zum Beispiel neue Ansätze für Kabeleinführungen. Das sind Öffnungen beziehungsweise Verschlusssysteme, durch die sich Kabel
in einen Schaltschrank einführen lassen. Diese sollten breit genug sein, um Kabel leicht aufnehmen zu können, zugleich aber das Eindringen von Feuchtigkeit, Staub und Schmutz verhindern. Dazu gab es zwei Vorbilder aus der Natur: die Blüten und Fangblätter der Venusfliegenfalle, einer fleischfressenden Pflanze aus der Familie der Sonnentaugewächse. Insekten gehen
diesem Gewächs regelrecht in die Falle. Die Blütenblätter schließen sich über ihrem Opfer wie
ineinander gefächerte Lamellen und geben es nicht wieder frei. Dieses Verschlusssystem, das
sich in ähnlicher Weise beim Waldkaktus findet, lieferte die Idee für die Gestaltung einer optimal abdichtenden Kabeleinführung.
Kernkompetenz:
Rittal ist weltweit führender Systemanbieter für
Schaltschränke, Stromverteilung, Klimatisierung,
IT-Infrastruktur sowie Software und Service.
„Rittal – Das System” vereint innovative Produkte,
zukunftsweisende Engineering-Lösungen und
weltweiten Service für vielfältige Anforderungen.
3. Einsatzgebiete:
 Unterschiedlichste Branchen
 Maschinen- und Anlagenbau
 Automobilindustrie
 Informationstechnologie
 und andere
Eine interessante Lösung für den sicheren Transport von Schaltschränken, in die bereits hochsensible Elektronik eingebaut ist, bietet eine der Natur nachempfundene, schockabsorbierende
Palette. Das Konzept ist ebenso einfach wie schlüssig: Zur Dämpfung der Paletten werden
künstliche „Stacheln“ eingesetzt, die dabei helfen, Stöße effektiv abzumildern. Bei der Strukturoptimierung der Palette ließen sich die Bioniker und Bionikerinnen von den Stacheln der
Igel und Stachelschweine inspirieren, die die Tiere vor Sturzverletzungen schützen. Die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen ermöglicht das Recycling der Palette, was bei herkömmlichen Produkten bisher nicht möglich ist.
Die bionische Schockpalette ist eine gemeinsame Entwicklung der Firma Rittal, der Universität
Freiburg und dem ITV Denkendorf.
(verändert nach: Nanotechnologie in der Natur - Bionik im Betrieb: Bandnummer 20 der Schriftenreihe Aktionslinie Hessen-Nanotech, 2011).
www.faszination-zukunft.de/bionik/rittal.asp
Abbildung links: Schockpalette (Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)
Abbildung rechts: Kabeleinführung
32
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Sensitec GmbH
Lahnau
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Sensitec GmbH
Georg-Ohm-Str. 11
35633 Lahnau
+49 (0)6441-97880
+49 (0)6441-978817
www.sensitec.com
Mitarbeiter140
Gründungsjahr1999
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Dr. Rolf Slatter
+49 (0)6441-978813
+49 (0)6441-978817
[email protected]
Sensoren für bionisch inspirierte Leichtbauroboter
Beschreibung
Eine der Hauptanwendungen für magnetoresistive (MR-) Sensoren von Sensitec ist die Winkelmessung. Das berührungslose, verschleißfreie Messprinzip kombiniert mit hoher Genauigkeit
und Dynamik und macht den MR-Sensor zu einer idealen Wahl für den Maschinenbauer. Dabei
bietet der MR-Sensor unterschiedliche Möglichkeiten, Winkelstellungen zu erfassen. Er weist
dabei eine hohe Präzision, geringe Abmessungen, hohe Zuverlässigkeit und Robustheit gegenüber schwierigen Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel sehr hohe oder niedrige Temperaturen, Schmutz oder Staub auf. Aufgrund dieser Eigenschaften ist er hervorragend für den
Einsatz in Leichtbaurobotern geeignet oder auch in sogenannten Schreitrobotern, die sich häufig an biologischen Vorbildern, wie Insekten oder dem menschlichen Bewegungsapparat orientieren. Die Winkelmessung gibt dabei Aufschluss über die Position zum Beispiel von Rädern
oder Roboterarmen. Die Messung erfolgt entweder am Wellenende oder am Wellenumfang.
Kernkompetenz:
Sensitec ist ein führender Hersteller von Sensoren
basierend auf dem magnetoresistiven (MR-) Effekt,
die zum hochpräzisen Messen von Weg, Winkel,
Position, Strom oder Magnetfeld eingesetzt
werden. In der Waferfabrik am Standort Mainz
werden die Mikrochips in Dünnschichttechnik
unter automobilen Qualitätsanforderungen
hergestellt und am Standort Lahnau mit Elektronik
zum kompletten Sensorsystem bestückt.
Abbildung links: Typisches magnetoresistives Encoder-Kit für Robotikanwendungen (Quelle: Sensitec GmbH)
Abbildung rechts: Sensoren von Sensitec steuern die Bewegungen des Marsrovers „Curiosity"
 MR-Sensoren und magnetische Mikrosysteme
zum präzisen Messen von Weg, Winkel, Position, Strom oder Magnetfeld
Maßverkörperungen
 Chip-Design und -Fertigung
 integrierte Auswerteschaltungen, Komponenten
und Systemlösungen in Standardausführung
und nach Kundenspezifikation
3. Einsatzgebiete:
Industrieautomation
Automotive
Medizintechnik
Antriebstechnik
 Luft- und Raumfahrt
 und andere
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TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH
Gießen
Adresse
TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
35394 Gießen
Telefon
Telefax
Internet
+49 (0)641-943640
+49 (0)641-9436499
www.transmit.de
Mitarbeiter140
Gründungsjahr1996
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Prof. Dr. Wolfgang Maison
+49 (0)40-428383497
+49 (0)40-428383477
[email protected]
Kernkompetenz:
Die TransMIT GmbH erschließt und vermarktet im
Schnittfeld von Wissenschaft und Wirtschaft die
Potenziale von ca. 6.000 Wissenschaftlern und
mehrerer Forschungseinrichtungen innerhalb und
außerhalb Hessens.
 Design und Synthese neuartiger Oberflächenbinder
 Herstellung funktionalisierter Oberflächen
für die Implantat-Medizin
 Antifouling-Oberflächen
 Funktionalisierung von Apatit und
Titanoberflächen
 Oberflächenanalytik (Dienstleistung)
 Unterstützung bei der Entwicklung
neuer funktionalisierter Materialien
 Begutachtung funktionalisierter Materialien
für medizinische und technische Anwendungen
3. Einsatzgebiete:
 Zahnimplantate
 Zähne (auch Zahnbeschichtungen)
 Gelenkprothesen
 Biosensoren
 Stents
 Kanülen für Spritzen, Katheter, Infusionen
 Schiffsrümpfe, marine Technologie
 Antibakterielle Beschichtungen für die
Krankenhaushygiene (Türgriffe und anderes)
34
Klebstoff aus Muschelproteinen
Beschreibung
Nach dem Vorbild von Muscheladhäsionsproteinen wurden anfänglich an der Universität Giessen, fortgesetzt an der Universität Hamburg, Verbindungen zur Funktionalisierung von Metallund Knochenoberflächen synthetisiert. Diese ermöglichen es, eine dauerhafte und stabile
Oberflächenbeschichtung zu erreichen. Als natürliches Vorbild diente den Forschern dabei die
unter anderem vom marinen Biofouling an Schiffsrümpfen bekannte einzigartige Anhaftungsfähigkeit von Muscheln. Mit den neuartigen Verbindungen können dauerhafte Oberflächenbeschichtungen sowohl auf medizinisch relevanten Metallen, wie etwa Eisen oder Titan, als auch
direkt auf Knochen und Zähnen realisiert werden. Sie sind daher beispielsweise für orthopädische Implantate, wie Hüft- und Knieprothesen oder Zahnimplantate von hohem Interesse. Die
Beschichtung kann Infektionen und das Biofouling, also die Anlagerung von Bakterien und
Proteinen, verhindern sowie das Anwachsen des Knochens deutlich verbessern. Darüber hinaus
lassen sich die international zum Patent angemeldeten Verbindungen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften auch in anderen Bereichen vielfältig einsetzen, zum Beispiel als Oberflächenmodifikationen für Stents, Spritzen und Katheter.
(Textquelle verändert nach: Charlotte Brückner-Ihl, Justus-Liebig-Universität Gießen aus
www.zwp-online.info/de/zwpnews/dental-news/branchenmeldungen/muschelproteine-fuer-die-implantatmedizin).
Projektleitung
Prof. Dr. Wolfgang Maison, Universität Hamburg, FB Chemie, Pharmazeutische und Medizinische Chemie, Bundesstr. 45, 20146 Hamburg, Tel.: +49 (0)40 42838 3497
Projektvermarktung
TransMIT GmbH, Gießen, Projektbereich für biomimetische Oberflächenbeschichtung.
www.transmit.de
Abbildung links: Vorbild Miesmuschel
Abbildung rechts: Beschichtung verhindert Anlagerung von Bakterien und Proteinen
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Technische Universität Darmstadt
Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Konstruktives Gestalten und Baukonstruktion, Darmstadt
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Technische Universität
Darmstadt
KGBauKo
Franziska-Braun-Straße 3
64287 Darmstadt
+49 (0)6151-16-3493
+49 (0)6151-16-7034
www.kgbauko.de
Mitarbeiter
Bis zu 15
Gründungsjahr1998
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Professor Architekt
Stefan Schäfer
+49 (0)6151-163493
+49 (0)6151-167034
[email protected]
Kernkompetenz:
Interdisziplinäre Lehre und Forschung im Spannungsfeld der Architektur und der Bauingenieurwissenschaften, mit Fächern wie Baukonstruktion,
Konstruktives Gestalten, Green Building Design,
Grundlagen der Hochbaukonstruktion, Grundlagen des Planens, Entwerfens und Konstruierens
GPEK, Freihandzeichnen, Geschichte des Konstruktiven Ingenieurbaus und Immobilienwirtschaft.
 Lehre und Forschung
Beratung
FuE-Projekte
 Mathematische Simulierung
3. Einsatzgebiete:
Architektur/Bauen/Planung
Leichtbau
 Allgemeines Konstruieren
 Formgestaltung und Falten
 Green Building Design
Energiebionik
 Bionische Optimierung
Materialtechnologien
Lehre „Bionik im Bauwesen“ – Verwertbare Lösungen für die Fragen
des Bauens
Intelligente Bauwerke reagieren auf die Umwelt
Beschreibung
Die meisten Bauwerke sind überwiegend statisch und passiv, das heißt, sie können ihr Tragverhalten nicht situationsabhängig ändern. Fernziel der Baubioniker ist es jedoch, intelligente und
aktive Tragwerke zu entwickeln, die während ihrer gesamten Lebensdauer den Umwelteinflüssen und Belastungen Rechnung tragen können. Heutige Brücken zum Beispiel sind auf permanente Maximallast ausgelegt, was mit hohem Materialverschleiß einhergeht. Intelligente Brücken dagegen könnten sich der jeweiligen Situation anpassen. Sie versteifen sich stärker, wenn
sie belastet werden, zum Beispiel wenn ein Zug darüber fährt. In Phasen minimaler Belastung
entspannen sie. Seilgestützte Brücken könnten bei einer auftretenden Belastung die Länge ihrer Trageseile mit Hilfe computergesteuerter Pressen automatisch den jeweiligen Kräften anpassen. Je kürzer die Seile, desto höher ist die Stabilität und Leistungsfähigkeit der Brücke.
Entfernt sich der Zug wieder, entspannen die Seile, was den Materialverschleiß drastisch senkt.
Im Umkehrschluss sind damit auch größere, leistungsfähigere Bauwerke denkbar (also auch
Brücken größerer Spannweiten).
Werden bionische Lösungen konsequent eingesetzt, bergen sie ein enormes Potenzial für
verschiedene Bereiche:

Materialersparnis
Leistungssteigerungen
Energieeinsparungen
Optimierung
Kostenersparnisse
Verbesserte Aufenthalts-, Arbeits- und Lebensbedingungen
Funktionale Verbesserungen
www.massivbau.tu-darmstadt.de/kgbauko/forschung_6/aktuelleforschungsvorhaben_2/
bionik/bionikimbauwesen_1.de.jsp
„Wie Wollen Wir In Zukunft Bauen?“ Festschrift zum 60. Geb. von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger, Dresden 2011, Vortrag Prof. Dipl.-Ing.
Architekt Stefan Schäfer „Bionik – Lösungen für die Fragen des Bauens?“ S. 31-38, ISBN 978-3-86780-216-1
Abbildung: „Optimierte Skelettstrukturen“, Ergebnisse studentischer Arbeiten zu Konstruktionsübung Leichtbau „Turm“ (WS 2011/12)
(Quelle: KGBauKo)
35
Technische Universität Darmstadt
Locomotion Laboratory des Instituts für Sportwissenschaft, Darmstadt
Adresse
Telefon
Telefax
Internet
Technische Universität
Darmstadt
Institut für SportwissenschaftLocomotion Laboratory
Magdalenenstraße 27
Gebäude S1/17 111
64289 Darmstadt
+49 (0)6151-16 3163
+49 (0)6151-16 3661
www.sport.tu-darmstadt.de/
sportinstitut
Kontaktperson
Telefon
Telefax
E-Mail
Prof. Dr. André Seyfarth
+49 (0)6151-16 6673
+49 (0)6151-16 3661
[email protected]
Kernkompetenz:
Forschungsgruppe des Sportinstituts der Technischen Universität Darmstadt im Bereich Biomechanik. Arbeitsschwerpunkte sind die Analyse und
modellbasierte Synthese von biologischen Bewegungsabläufen, basierend auf deren mechanischen, muskulären und neuronalen Strukturen.
Lehre
Forschung
FuE-Projekte
 Entwicklung neuer Software
BioBiped1
3. Einsatzgebiete:
 Medizintechnik, Prothetik
 Robotik
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Laufroboter BioBiped
Beschreibung
Die Vision, mit humanoiden Robotern die Fähigkeiten des Menschen zu imitieren, inspiriert
Forscher seit Jahrzehnten. Doch die Übertragung menschlicher Fähigkeiten auf ein RoboterPendant hat sich in den meisten Fällen als sehr anspruchsvoll erwiesen. In der Arbeitsgruppe
Locomotion Laboratory (Lauflabor) steht die Untersuchung von Bewegungsabläufen bei der Lokomotion von Mensch und Tier im Fokus. Es werden verschiedene Methoden der Bewegungsanalyse, biomechanische Modellierungen sowie technische Versuchsaufbauten verwendet, um
ein umfassendes Verständnis der Bewegung zu erreichen. Das BioBiped-Projekt hat Laufen,
Gehen und Stehen humanoider Roboter unter freier Wahl der Geschwindigkeit und Gangart
zum Ziel. Für die Erreichung dieses Ziels arbeiten das Fachgebiet Simulation, Systemoptimierung und Robotik (SIM) der Technischen Universität Darmstadt und das Locomotion Laboratory
der Technischen Universität Darmstadt zusammen.
www.biobiped.de
Abbildung: BioBiped Roboter (Quelle: Institut für Sportwissenschaften, Technische Universität Darmstadt)
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Universitätsklinikum Frankfurt, Goethe-Universität Frankfurt/M.
Frankfurt/M.
Adresse
Universitätsklinikum Frankfurt, Goethe-Universität Frankfurt/M.,
Klinik für Mund-, Kiefer- und
Plastische Gesichtschirugie
Theodor-Stern-Kai 7 Haus 21
60596 Frankfurt/M.
Telefon
+49 (0)69-63010
Telefax
+49 (0)69-63016301
Internet
www.kgu.de/index.php?id=127
Kontaktperson
Prof. Dr. Dr. Robert Sader
Telefon+49(0)69-63015643
Telefax
+49 (0)69-63015644
E-Mail
[email protected]
Kernkompetenz:
Interdisziplinäre Zusammenarbeit verschiedener
Forschungsgruppen.
Forschung
FuE-Projekte
 Entwicklung neuer Methoden
3. Einsatzgebiete:
 Kleber für die Zahnmedizin, insbesondere
für den Einsatz an Implantaten
BioClou-Feuchtklebstoff
Verbundprojekt: Hybrid-Feuchtklebstoff auf Basis von adhäsiven Muschelproteinen für die dentale Implantologie
Beschreibung
Der Chemismus des Klebstoffs, mit dem sich die Miesmuschel an Oberflächen anhaftet, ist Vorbild für die Entwicklung eines Klebstoffs, der zukünftig für Implantate genutzt werden kann. Die
Charakterisierung des Muschelklebers wurde zunächst von amerikanischen Wissenschaftlern
durchgeführt, das Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung
IFAM in Bremen synthetisierte später die wichtigsten Bestandteile des Klebstoffs. Hieraus wird
zurzeit ein haftvermittelndes Gel als Medizinprodukt entwickelt, das der Zahnarzt oder Kieferchirurg nach der Implantatinsertion zum Schutz des periimplantären Raumes (das ist der
Raum, der das Implantat umgibt) applizieren kann. Das Patentverfahren, an dem das Fraunhofer IFAM und Professor R. Sader beteiligt sind, ist eingeleitet. Das Produkt wird zurzeit noch
optimiert, danach beginnen klinische Studien. Sobald erste Ergebnisse vorliegen und das Patentverfahren abgeschlossen ist, werden für die Herstellung und den Vertrieb des Produkts BioClou Partner gesucht.
(Textquelle verändert nach: www.dzw.de/artikel/vorbild-aus-der-natur-bakteriensicherer-verschluss-durch-muschelklebstoff von
Dr. Gisela Peters, Bad Homburg)
Verbundpartner
1.Klinik für Mund, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie des Universitätsklinikums
Frankfurt/M., Prof. Dr. Dr. R. Sader (E-Mail: [email protected])
2. Technische Universität Darmstadt, Zentrum für Konstruktionswerkstoffe, Staatliche Material-
prüfungsanstalt (MPA), Dr.-Ing. Hansgeorg Haupt (E-Mail: [email protected])
3.Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung IFAM,
Bremen, Dr. Klaus Rischka (E-Mail: [email protected])
4.Lehrstuhl Biomaterialien, Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften,
Universität Bayreuth, Dr. Hendrik Bargel (E-Mail: [email protected])
www.ifam.fraunhofer.de/de/Bremen/Klebtechnik_Oberflaechen/
Klebstoffe_und_Polymerchemie/Funktionspolymere
Abbildung links: Die Miesmuschel befestigt sich über ihre Byssusfäden mit einem Proteinklebstoff an Oberflächen. Der Klebstoff ist in
Form weißer Haftungspunkte an einer Glasoberfläche erkennbar ©Fraunhofer IFAM
Abbildung rechts: Von der OP bis etwa zwei Wochen postoperativ besteht noch keine immunologisch wirksame Barriere gegen das
Eindringen von Keimen zwischen Epithel/Bindegewebe und Implantat. (© Prof. Robert Sader, Universitätsklinikum Frankfurt/M.)
37
4. Netzwerke und Organisationen
Fachlicher Austausch und die Entwicklung neuer Projektideen stehen im Fokus der Veranstaltungen des Bionik-Netzwerkes Hessen
Es bestehen regionale, nationale und internationale BionikNetzwerke und Organisationen, die sich für die Erhöhung des
Bekanntheitsgrades der Bionik engagieren. Sie widmen sich
der Vernetzung von Bionik-Akteuren, unterstützen bei der Anbahnung bionischer Forschungs- und Entwicklungsprojekte
und bieten Informationen und Kontakte. Eine Auswahl der aktiven Netzwerke und Organisationen mit regelmäßigen Veranstaltungen und/oder einer deutlichen Anzahl von Netzwerkpartnern wird hier dargestellt.
4.1 Regionale Netzwerke
Das Bionik-Netzwerk Hessen wurde im Jahr 2012 durch das Hessische Wirtschaftsministerium initiiert. Ziel ist es, den hessischen Unternehmen die Möglichkeiten und Wettbewerbsvorteile aufzuzeigen,
die die Bionik für die Wirtschaft bietet. Zur Erschließung des Potenzials für Unternehmen in den Bereichen Forschung, Entwicklung, Herstellung und Marketing bietet die Geschäftsstelle Veranstaltungen
und Informationen zur Bionik an.
Das Netzwerk ist zurzeit ein loser Zusammenschluss von Unternehmen und Institutionen. Die angebotenen Aktivitäten bringen Firmen,
deren Zulieferer oder Dienstleister, Forschungseinrichtungen, Verbände und Netzwerke miteinander ins Gespräch. Die Bionik erweist
38
sich als zukunftsweisendes Thema, das die Kommunikation zwischen
den Fachdisziplinen und zwischen Personen, die sich gegenseitig ergänzende Kompetenzen haben, in Gang bringt. Der Austausch von
Wissen und die Entwicklung gemeinsamer Projekte sind die grundlegenden Ziele des Netzwerkes. Die Interessensschwerpunkte der Teilnehmer liegen derzeit in den Bereichen Leichtbau, Robotik und Oberflächen, das Netzwerk ist aber offen für alle Bionik-Themen.
Die Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes ist bei der Bionik-Sigma
Innovation GmbH angesiedelt. Durch die Vermittlung von Kontakten,
mit Kenntnissen über Antrags- und Fördermöglichkeiten sowie mit
Gespür für die Zusammenstellung von Projektteams unterstützt die
Geschäftsstelle die Umsetzung von Projektideen.
Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“
Unternehmen, Institutionen und interessierte Personen können sich
in der erfolgreichen Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“ über aktuelle Projekte und Erkenntnisse aus der Bionik informieren. Die Veranstaltungen werden von der Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes
Hessen konzipiert, organisiert und mit der Unterstützung von namhaften Partnern durchgeführt. Im Zeitraum August 2011 bis Februar
2014 fanden insgesamt 10 Veranstaltungen in ausgewählten Betrieben oder an besonderen Orten statt. Dabei stellten 60 Referenten aus
Wissenschaft und Wirtschaft Projekte, Produkte und Forschungen
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Die Netzwerk-Koordinatorin Sigrid Belzer ist die Ansprechpartnerin für
interessierte Unternehmen und Institutionen.
Die Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb” findet seit dem Jahr 2011 für interessierte
Personen aus Wirtschaft und Wissenschaft statt.
vor. Circa 850 Gäste haben diese Workshops bisher besucht. Es sind
weitere Veranstaltungen für die Jahre 2014 und 2015 geplant.
Netzwerke in anderen Bundesländern:
Eine Übersicht der Themen der Reihe „Bionik im Betrieb“ und ihrer
Partner sind im Anhang aufgeführt.
Ansprechpartnerin:
Sigrid Belzer (Netzwerkkoordinatorin)
Kontakt:
c/o Bionik-Sigma Innovation GmbH
Ingelheimer Str. 3
64295 Darmstadt
E-Mail: [email protected]
Telefon: +49 (0)6151-318627
Internet: www.bionik-hessen.de
Literatur
Baden-Württemberg
Kompetenznetz Baden-Württemberg:
www.kompetenznetz-biomimetik.de
Bayern
Bionik in Bayern:
www.bionicum.de/bionik_in_bayern
Bremen
Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C):
http://bionik.fbsm.hs-bremen.de/pages_DE/BIC_start.html
Saarland
Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik:
www.gtbb.net
Nordrhein-Westfalen
Bionik-Zentrum Bonn:
www.bionik.uni-bonn.de/bzbonn-1
39
4.2 Überregionale Netzwerke
BIOKON e. V. - Das Bionik-Kompetenznetz
Als deutschlandweites Bionik-Kompetenznetz bringt BIOKON Unternehmen und Forschungseinrichtungen für bionische Innovationen
zusammen. Durch die anwendungsorientierte Umsetzung biologischer Funktionsprinzipien in Technologien und Produkte werden in
interdisziplinären Innovationspartnerschaften der Wissenszuwachs
und die Wettbewerbsfähigkeit aller Partner befördert. In BIOKON
sind Forschungseinrichtungen, Hochschulen, Unternehmen und Einzelpersönlichkeiten organisiert. Innerhalb des Bionik-Kompetenznetzes vereint BIOKON Bionik-Know-how-Träger in der Bionik-Forschungsgemeinschaft und Bionik-Anwender im Bionik-Unternehmensforum.
So können Wissenschaft und Wirtschaft gleichberechtigt in einem
Netzwerk von einen umfassenden Wissens- und Technologietransfer
profitieren. Gleichzeitig vermittelt BIOKON als Kommunikationsplattform gegenüber Politik und Gesellschaft die Innovationskraft der Bionik.
www.biokon.de
Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM)
Die DGM mit Sitz in Frankfurt/M. bietet allen an Werkstoff interessierten Fachleuten, und zwar Wissenschaftlern wie Produzierenden gleichermaßen, ein kompetentes Forum. Durch die Vielgestaltigkeit des
Mitgliederpotenzials, zahlreichen Fachausschüssen und einer guten
Infrastruktur schafft die DGM gute Voraussetzungen, den fachlichen
Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis zu fördern. Für die Bionik relevant sind die Fachausschüsse „Bioinspirierte und Interaktive
Materialien“ und „Biomaterialien“.
40
Jeder Fachausschuss besteht aus mehreren Arbeitskreisen mit
definierten Zielen. So hat beispielsweise der Arbeitskreis „Biomimetische Biomaterialien“ im Fachausschuss „Biomaterialien“ zum Ziel:
Aufgreifen von industriellen und wissenschaftlichen Fragestellungen
auf dem Gebiet chemisch und biologisch funktionalisierter Biomaterialien für Anwendungen in Medizintechnik, Biotechnologie und Tissue
Engineering
Erarbeiten eines wissenschaftlich fundierten Verständnisses zu funktionsbestimmenden Eigenschaften von Materialien im direkten Kontakt zu fluider Phase biologischen Ursprungs und Geweben
Initiieren von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben: gemeinsame
Projekte von Universitäten, Forschungsinstituten und der Industrie
Erfahrungsaustausch und Netzwerkbildung zwischen Arbeitsgruppen
der Gebiete Biomimetik, Medizintechnik, Biotechnologie und Tissue
Engineering
www.dgm.de
VDI-Gesellschaft, Fachbereich Technologies of Life Sciences
Der VDI ist der größte technische Verein Europas. Im Fachbereich
Technologies of Life Sciences (VDI-TLS) ist das Thema Bionik platziert,
mit einem Fachbeirat, dem renommierte Experten aus Verwaltung,
Wirtschaft und Wissenschaft angehören.
Der Fachbereich erstellt und pflegt die VDI-Richtlinien zu verschiedenen Themenbereichen der Bionik. Bisher erschienen sind Richtlinien
zu den Themen: Grundlagen und Strategie der Bionik, Oberflächen,
Roboter, Materialien und Strukturen, evolutionären Algorithmen,
Strukturoptimierung, Sensorik sowie Architektur und Design. Die
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
bionischen Herangehensweisen werden inzwischen gemeinsam mit
dem Deutschen Institut für Normung (DIN) auf Basis der VDI-Richtlinien auf internationaler Ebene standardisiert.
Die übergeordnete Organisation Biomimicry Europa ist ein Verein zur
Förderung der Bionik in Europa, insbesondere Frankreich, aber auch
in Belgien, den Niederlanden und anderen europäischen Ländern.
Der VDI richtet darüber hinaus den internationalen Bionic -Award aus,
der im Abstand von zwei Jahren von der Schauenburg-Stiftung an herausragende Nachwuchswissenschaftler vergeben wird. Im Rahmen
seiner Öffentlichkeitsarbeit präsentiert der Verein die Bionik gezielt
auf Messen und Veranstaltungen.
www.biokon-international.com
www.bionikum.at
www.esa.int/About_Us/ESTEC
www.csnetwork.eu
www.biomimicry.eu
www.vdi.de
In den USA fördert Biomimicry 3.8 die Bekanntheit bionischer Projekte gezielt mittels Consulting oder Bildungsprogrammen. Das Biomimicry 3.8 Institute ist eine angeschlossene akademische Einrichtung.
4.3 Internationale Netzwerke
Weltweit forschen Universitäten im Bereich der Bionik. Netzwerke zur
praktischen Umsetzung der Forschung sind noch relativ selten.
Die Schwerpunkte der europäischen Bionik-Aktivitäten liegen in
Deutschland, der Schweiz, Österreich, Schweden und Großbritannien. Biokon International wurde im März 2009 als internationaler
Dachverband gegründet. Das Zentrum österreichischer Aktivitäten
liegt in Kärnten an der Fachhochschule Kärnten: bionikum:austria. In
den Niederlanden forscht das Advanced Concept Team (ESTEC) der
ESA zu bionischen Themen. Das Convergent Science Network of Biomimetic and biohybrid Systems fördert die Bionik in Spanien. Daneben sind in vielen Ländern Europas in den letzten Jahren nationale
Ableger des amerikanischen Netzwerkes Biomimicry 3.8 entstanden.
www.biomimicry.net, www.asknature.org
Auch in Asien finden sich Informationsplattformen, die das Interesse
an der Bionik widerspiegeln.
Stellvertretend seien an dieser Stelle das International Center for Materials Research (ICMR) und die International Society of Bionic Engineering (ISBE) genannt. Das ICMR ist ein asiatisches Netzwerk für
Materialien und die ISBE fördert ein Netzwerk mit Schwerpunkt in
China.
www.isbe-online.org, www.icmr.ucsb.edu
41
5. Förderprogramme
Es gibt eine Reihe hessischer, nationaler und europäischer Fördermöglichkeiten, die für die Finanzierung von Bionik-Projekten relevant sein können, beziehungsweise die Bionik explizit
als Themenschwerpunkt benennen. Das Spektrum der Möglichkeiten ist breit. Es reicht von themenoffenen Aufforderungen
zur Einreichung von Projektvorschlägen bis hin zu großangelegten Förderprogrammen zur Bearbeitung spezifischer gesellschaftlicher Herausforderungen.
Neben großen FuE-Verbundprojekten fordern einige Programme insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen
dazu auf, ihre Forschungsanträge einzureichen.
Des Weiteren gibt es einen Internationalen Bionic-Award, Stiftungen und Ausbildungsprogramme, die im Folgenden kurz
erläutert werden.
5.1 Bionik-Wettbewerb
International Bionic-Award – Wettbewerb für
Nachwuchswissenschaftler
www.vdi.eu/engineering/technical-divisions/
technologies-of-life-sciences/vdi-international-bionic-award-2014
Die Schauenburg-Stiftung vergibt alle zwei Jahre den internationalen
Bionic-Award an herausragende Forschungsarbeiten in der bioni-
42
schen Produktentwicklung. Den mit 10.000 Euro dotierten Preis verleiht die Stiftung gemeinsam mit dem VDI. Die Ausschreibung richtet
sich an Nachwuchswissenschaftler aus der ganzen Welt. Mit dem internationalen Bionic-Award wird eine herausragende Arbeit beispielsweise in Form einer bionischen Produktentwicklung oder einer Dissertation/Habilitation ausgezeichnet, die innerhalb der letzten zwei
Jahre vor dem Einreichungstermin fertig gestellt wurde. Teilnehmen
können sowohl Einzelpersonen als auch Teams, die Arbeiten werden
in englischer Sprache abgefasst. Den oder die Preisträger ermittelt
eine internationale und aus hochrangigen Bionik-Fachleuten zusammengesetzte Jury.
5.2 Förderprogramme in Hessen
Hessen ModellProjekte: Fördermittel für innovative Ideen
www.innovationsfoerderung-hessen.de/
Das Land Hessen fördert innovative Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, die in Kooperation mehrerer Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft durchgeführt werden. Hierzu zählen kleine und mittlere Unternehmen (KMU), Hochschulen sowie sonstige Forschungseinrichtungen mit
Sitz in Hessen. Die Förderung ist für alle Branchen und Anwendungen
offen. Voraussetzung für eine Förderung ist, dass sich die Vorhaben
durch einen hohen Innovationsgrad auszeichnen. Derzeit stehen folgende Maßnahmen zur Verfügung:
LOEWE-Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben: Diese Maßnahme
wird aus Landesmitteln finanziert. Bezuschusst werden hiermit
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Forschungsvorhaben, die durch kleine und mittlere Unternehmen
im Verbund mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen aus
Hessen realisiert werden. Die Hessen Agentur fungiert als Projektträger für das Hessische Wissenschaftsministerium.
KMU-Modell- und Pilotprojekte, kurz MPP, für Forschungs- und
Entwicklungsprojekte zwischen KMU mit unterschiedlichen Kernkompetenzen. Hierzu stehen Mittel des Landes Hessen zur Verfügung, die durch den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung
kofinanziert werden. Die Hessen Agentur fungiert als projektdurchführende Stelle für das Hessische Wirtschaftsministerium.
Erster Schritt zur Förderung ist das Einreichen einer aussagekräftigen
Projektskizze vor Projektstart bei der Hessen Agentur. Dies ist über das
ganze Jahr hinweg fortlaufend möglich. Das Team von Hessen ModellProjekte steht als Ansprechpartner bei der Projektanbahnung und während der gesamten Projektdauer gerne zur Verfügung. Alle Informationen zur Förderung angewandter Forschungs- und Entwicklungsprojekte,
Ansprechpartner und Antragsunterlagen unter:
www.innovationsfoerderung-hessen.de
Hessisches Ministerium
für Wissenschaft und Kunst
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
5.3 Förderprogramme in Deutschland
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
www.dfg.de
Die DFG fördert mehrere Sonderforschungsbereiche und Schwerpunktprogramme mit thematischen Verknüpfungen zur Bionik:
SPP 1207 Strömungsbeeinflussung in der Natur und Technik
SPP 1420 Biomimetic Materials Research: Functionality by Hierarchical Structuring of Materials
SPP 1569 Generation of Multifunctional Inorganic Materials by Molecular Bionics
SFB 937 Kollektives Verhalten weicher und biologischer Materie
Hightech-Strategie des Bundesministeriums für Bildung
und Forschung (BMBF)
www.hightech-strategie.de
Ziel der Hightech-Strategie ist es, Deutschland zum Vorreiter bei der
Lösung globaler Herausforderungen zu machen. Seit August 2006
wird mit der Hightech-Strategie eine nationale Strategie verfolgt, die
politikfeld- und themenübergreifend eine Vielzahl der Forschungsund Innovationsaktivitäten über alle Ressorts hinweg bündelt. Mit
der Hightech-Strategie 2020 wurde diese weiterentwickelt und auf
fünf Bedarfsfelder fokussiert: Klima/Energie, Gesundheit/Ernährung,
Mobilität, Sicherheit und Kommunikation.
43
Mit Zukunftsprojekten werden ausgewählte Missionen ins Zentrum der
Forschungs- und Innovationspolitik des Bundes gerückt. Zukunftsprojekte verfolgen konkrete Ziele wissenschaftlicher und technologischer
Entwicklungen über einen Zeitraum von zehn bis fünfzehn Jahren. Am
konkreten Fall werden hier Innovationstrategien entwickelt und Realisierungsschritte geplant. Zur Lösung der großen Fragestellungen ist es
entscheidend, Ziele und Visionen zu formulieren, die gesellschaftlich
gewollt sind und von Wirtschaft, Wissenschaft und Politik getragen
werden. Deshalb hat die Bundesregierung – beraten von der
Forschungsunion Wirtschaft-Wissenschaft – zehn Zukunftsprojekte
entwickelt und Schlüsseltechnologien benannt.
BioBionik-Projekte können in fast allen Bereichen platziert werden.
Zehn Zukunftsprojekte:

Die CO2-neutrale, energieeffiziente und klimaangepasste Stadt
Nachwachsende Rohstoffe als Alternative zum Öl
Intelligenter Umbau der Energieversorgung
Krankheiten besser therapieren mit individualisierter Medizin
Mehr Gesundheit durch gezielte Prävention und Ernährung
Auch im Alter ein selbstbestimmtes Leben führen
Nachhaltige Mobilität
Internetbasierte Dienste für die Wirtschaft
Industrie 4.0
Sichere Identitäten
Schlüsseltechnologien:
Biotechnologie
Dienstleistungswirtschaft
Fahrzeug- und Verkehrstechnologien
44

Informations- und Kommunikationstechnologien
Luftfahrttechnologien
Maritime Technologien
Mikrosystemtechnik
Nanotechnologien
Photonik/Optische Technologien
Produktionstechnologien
Raumfahrttechnologien
Werkstofftechnologien
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)
www.zim-bmwi.de
ZIM ist ein bundesweites, technologie- und branchenoffenes Förderprogramm für kleine und mittelständische Unternehmen und die mit
ihnen zusammenarbeitenden, wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen. Noch bis Ende 2014 erhalten Unternehmen eine verlässliche
Perspektive zur Unterstützung ihrer Innovationsbemühungen. Das
Programm ist themenoffen gehalten und bietet ein einfaches Antrags- und schnelles Genehmigungsverfahren zu folgenden Fördervarianten:
ZIM-Einzelprojekte
einzelbetriebliche FuE-Projekte von Unternehmen
ZIM-Kooperationsprojekte
FuE-Kooperationsprojekte zwischen Unternehmen und von
Unternehmen mit Forschungseinrichtungen
ZIM-Kooperationsnetzwerke
Kooperationsnetzwerke als Einheit von Netzwerkmanagement
und FuE-Projekten
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
5.4 Horizont 2020 – Rahmenprogramm der Europäischen
Union
Horizont 2020, das neue Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der Europäischen Union, schließt sich an das 7. EU-Forschungsrahmenprogramm (FRP) an.Mit einer Laufzeit von 2014 bis 2020 und
einem Budget von rund 70 Milliarden Euro ist Horizont 2020 voraussichtlich das weltweit größte Instrument zur Förderung von Forschung
und Innovation.Horizont 2020 führt alle forschungsund innovationsrelevanten Förderprogramme der Euopäischen Kommission zusammen.
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
1. Wissenschaftsexzellenz:
Die wissenschaftliche Exzellenz in Europa soll gefördert werden. Spitzenwissenschaftler sollen in Zukunft auf höchstem Niveau forschen.
2. Führende Rolle der Industrie:
Die führende Rolle der Industrie soll durch eine starke Innovationskraft untermauert werden. Daher fördert Horizon 2020 Schlüsseltechnologien wie Nanotechnologie, Biotechnologie, fortgeschrittene
Werkstoffe und fortschrittliche Fertigungstechnik, erleichtert den Zugang zu Risikofinanzierung und treibt Innovationen durch gezielte
Maßnahmen in kleinen und mittleren Unternehmen nachhaltig voran.
www.horizont2020.de
Das Förderprogramm zielt darauf ab, EU-weit eine wissens- und innovationsgestützte Gesellschaft und eine wettbewerbsfähige Wirtschaft
aufzubauen sowie gleichzeitig zu einer nachhaltigen Entwicklung
beizutragen. Um gezielt in die Gesellschaft wirken zu können, setzt
das Programm drei Schwerpunkte:
3. Gesellschaftliche Herausforderung:
Ziel ist es, die Brücke zwischen exzellenter Wissenschaft und dem
Markt zu schlagen. Den großen Herausforderungen unserer Zeit soll
damit begegnet werden: Gesundheit, demographischer Wandel und
Wohlergehen, Ernährungs- und Lebensmittelsicherheit sowie Bio-
Horizont 2020 Programmstruktur
Teil I
Wissenschaftsexzellenz
Europäischer Forschungsrat (ERC)
Künftige und neu entstehende Technologien
(FET)
Marie-Curie-Stipendien
Forschungsinfrastrukturen
Teil II
Führende Rolle der Industrie
Führende Rolle bei grundlegenden
und industriellen Technologien
 Informations- und Kommunikations technologien
 Nanotechnologien
 Fortgeschrittene Werkstoffe
 Biotechnologie
 Fortgeschrittene Fertigung und
 Verarbeitung
 Raumfahrt
Zugang zu Risikofinanzierung
Teil III
Gesellschaftliche Herausforderungen
Gesundheit, demographischer
Wandel und Wohlergehen
Herausforderungen der
Europäische Biowirtschaft
Energie
Verkehr
Klimaschutz, Ressourceneffizienz
Integrative und sichere Gesellschaft
Innovationen in KMU
wirtschaft; sichere, saubere und effiziente Energie; Klimaschutz und
Verkehr, um einige zu nennen.
Bionik-Projekte könnten in mehreren Bereichen des Förderprogramms beantragt werden. Es gibt innerhalb des Rahmenforschungs-
45
programms auch ein Förderinstrument, das KMU-Instrument, das
speziell für KMU entwickelt wurde und keine Einbindung von Forschungsinstituten verlangt.
Marie Curie Initial Training Network ENHANCE „New Materials: Innovative Concepts for their Fabrication, Integration and Characterization”
Marie-Curie-Maßnahmen der Europäischen Union
www.ec.europa.eu/research/mariecurieactions
Das Projekt umfasst das gesamte Spektrum der funktionalen Materialien für Mikroelektronik, Nanoelektronik, Datenspeicherung und
Photovoltaik mit Schwerpunkt in der Nanotechnologie.
Im Rahmen der Marie-Curie-Maßnahmen können Forscher unabhängig von ihrem Alter, Geschlecht oder ihrer Nationalität Finanzhilfen
erhalten. Zusätzlich zu großzügigen Stipendien haben die Forscher
die Möglichkeit, Erfahrungen im Ausland und in der Privatwirtschaft
zu sammeln und ihre Ausbildung durch andere Kompetenzen oder
Disziplinen, die für ihre Laufbahn wertvoll sein können, aufzuwerten.
Forscher-Erstausbildungsnetze (ITN) sind Maßnahmen zur Förderung
von Ausbildungsmöglichkeiten für Nachwuchsforscher, die in der Regel von einem Netz aus Universitäten, Unternehmen und Forschungseinrichtungen angeboten werden.
Hier einige Beispiele aus dem 7. EU-Rahmenforschungsprogramm
mit thematischen Bezügen zur Bionik:
ENHANCE:
www.enhance-itn.eu
46
BIOMINTEC:
www.biomintec.de
Marie Curie Initial Training Network BIOMINTEC „Biomineralization:
Understanding of basic mechanisms for the design of novel strategies
in nanobiotechnology”
Das Projekt konzentriert sich auf die Biomineralien, die aus Calciumcarbonat oder Biosilica-Glas bestehen, da diese Biomineralien in den
letzten Jahren eine enorme Bedeutung bekommen haben und das
Interesse an diesem Thema stark gestiegen ist.
SHeMat:
www.shemat.eu
Marie Curie Initial Training Network SHeMat „Training Network for
Self-Healing Materials: from Concepts to Market”
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Die Forschungsaktivitäten liegen im Bereich der selbstheilenden Materialien. Das Ziel ist die Entwicklung selbstheilender Materialien aus
verschiedenen Materialklassen und die Markteinführung der vielversprechendsten Materialkonzepte und Entwicklungen.
über das in Deutschland etablierte Förderangebot berücksichtigt. Hier
setzt die neue Förderinitiative „Experiment!” an, mit der die Volkswagen
Stiftung grundlegend neue Forschungsvorhaben mit ungewissem Ausgang über eine zeitlich und finanziell begrenzte Phase unterstützt.
5.5 Stiftungen
5.6 Ansprechpartner Förderprogramme
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Verfahren: Umwelt- und gesundheitsfreundliche Verfahren und
Produkte
Informationen zu Förderprogrammen und die Vermittlung von Kontakten zu den Fördermittelgebern sind über regionale und thematische Netzwerke, die Landes- und Bundesministerien und deren Projektträger erhältlich. Hier eine Auswahl:
www.dbu.de/1815.html
Die Entwicklung von innovativen, gesundheitsfreundlichen, klimaschonenden, ressourceneffizienten, abfall- und emissionsarmen Verfahren, Technologien und Produkten, die eine Verlagerung von Umweltbelastungen in andere Bereiche vermeiden, steht im Mittelpunkt
der Förderung. Die Fördermittel sollen besonders den Mittelstand
zum Handeln anstiften sowie technische und wirtschaftliche Umsetzungsrisiken mindern. Entwicklungsaktivitäten können gebündelt
werden, indem Unternehmen mit Partnern in Verbundvorhaben kooperieren. Besonders bei FuE-Projekten mit herausragenden Resultaten ist es möglich, zur Unterstützung einer zügigen und effizienten
Realisierung der in den Projekten aufgezeigten Umweltentlastungspotenziale gesondert Maßnahmen zu fördern, die der Vernetzung
von Projektergebnissen zwischen Wissenschaft und Praxis dienen.
Volkswagen Stiftung
www.volkswagenstiftung.de/foerderung/herausforderung/
experiment.html
Die Förderinitiative „Experiment!” unterstützt schnell und unaufwendig
gewagte Forschungsvorhaben aus den Natur-, Ingenieur-, und Lebenswissenschaften einschließlich der Verhaltensbiologie und der experimentellen Psychologie. Die Exploration radikal neuer Forschungsideen,
die etabliertes Wissen grundlegend herausfordern, unkonventionelle
Hypothesen, Methodik oder Technologien etablieren wollen oder ganz
neue Forschungsrichtungen in den Blick nehmen, wird derzeit kaum
Bionik-Netzwerk Hessen:
www.bionik-hessen.de
Biokon e.V.:
www.biokon.de
Hessen Modellprojekte:
www.innovationsfoerderung-hessen.de
Technologie Transfer Netzwerk Hessen (TTN):
www.ttn-hessen.de
IHK Innovationsberatung Hessen:
www.ihk-innovationsberatung.de
Hessen Trade & Invest GmbH:
www.htai.de
Enterprise Europe Network Hessen (EEN Hessen):
www.een-hessen.de
Förderberatung „Forschung und Innovation” des Bundes:
www.foerderinfo.bund.de/index.php
Verein Deutscher Ingenieure (VDI):
www.vdi.de
Die Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, bietet aber Orientierung bei der Suche nach Fördermöglichkeiten für Forschungsund Entwicklungsprojekte im Bereich Bionik.
47
6. Bildungsangebote
Motivierte und gut ausgebildete Fachkräfte sind für Unternehmen die Voraussetzung für Erfolg und Fortschritt. Mitarbeiter,
die innovativ denken, können für Wettbewerbsvorteile sorgen.
Die Bionik ist besonders geeignet, um Menschen aller Altersstufen an die naturwissenschaftlichen Disziplinen heranzuführen und vermittelt neben interdisziplinärem Denken auch die
Bedeutung von Kreativität für Innovationen.
Bildungsmaterialien für den Gebrauch in Schulen werden sowohl von einigen Verlagen als auch von verschiedenen Institutionen über deren Internetseiten angeboten. Außerschulische
Bildungsangebote für Kinder und Jugendliche aber auch für
interessierte Erwachsene sind in Hessen stark vertreten und
werden in der nachfolgenden Übersicht vorgestellt.
Die Anzahl der Universitäten und Fachhochschulen, die Bionik
lehren, hat in den letzten Jahren zugenommen. Eine Übersicht
der Studienmöglichkeiten ist am Ende des Kapitels zu finden.
6.1 Außerschulische Bildungsangebote in Hessen
Bionik-Sigma Education
Bionik-Sigma bietet Workshops, Fortbildungen und Vorträge zum
Thema Bionik an. Die Bildungsangebote richten sich an Schulen, Bildungseinrichtungen und Unternehmen. Lehrerfortbildungen sind
insbesondere für den fachübergreifenden MINT-Unterricht geeignet.
Lesungen und Vorträge, Veröffentlichungen sowie Beratungen für
Ausstellungen und andere Bionik-Projekte runden das Angebot ab.
http://education.bionik-sigma.de
Bioversum Kranichstein
Das Bioversum Kranichstein bietet Themenwerkstätten und Projekttage für alle Altersstufen sowie Vorträge und Führungen zu verschiedenen naturwissenschaftlichen Themen an.
www.bioversum-kranichstein.de
Botanischer Garten der Technischen Universität Darmstadt
Das „Grüne Klassenzimmer“ als außerschulischer Lernort im Botanischen Garten will vor allem Kinder und Jugendliche ansprechen. Es
ist Veranstaltungsort für Schulveranstaltungen, darunter auch Workshops zum Thema Bionik. Weiterhin sind Führungen auf dem BionikLehrpfad möglich.
48
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Der Botanische Garten Darmstadt ist Mitglied im Verband Botanischer Gärten in Deutschland, der jedes Jahr die „Woche der Botanischen Gärten“
veranstaltet, bei der typische Lehr-, Forschungs- und Arbeitsschwerpunkte
der Gärten und ihrer Sammlungen der Öffentlichkeit präsentiert werden.
Die Aktion dient als Schnittstelle zwischen Forschung und Expertenwissen
auf der einen Seite und der Steigerung des öffentlichen Interesses auch an
Anwendungen auf der anderen Seite. Im Jahr 2011 war der Themenschwerpunkt „Bionik – Von Pflanzen lernen für die Technik“, in dessen
Rahmen die Ausstellungstafeln des Bionik-Lehrpfades erstellt wurden.
www.verband-botanischer-gaerten.de/bionik_in_gaerten/ausstellung
Experimentierwerkstatt Wiesbaden: Bionik-Camps
Die Experimentierwerkstatt bietet Kurse, Schulprojekte und Ferienspiele für Kinder und Jugendliche wie zum Beispiel Roboter-BionikCamps an.
www.experimentierwerkstatt.com
EXPERIMINTA Science Center FrankfurtRheinMain
Das Science Center EXPERIMINTA ist ein Mitmach-Museum mit vielen
Experimentierstationen zum Ausprobieren und Staunen. Es bietet
Schulworkshops, Führungen, Sonderausstellungen und regelmäßig
wissenschaftliche Vorträge an, im Jahr 2013 war ein Schwerpunkt das
Thema Bionik.
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
www.experiminta.de
Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum
Frankfurt/M.
Im Rahmen des museumspädagogischen Programms bestehen verschiedene Angebote, darunter regelmäßig auch solche zum Thema
Bionik.
Weiterführende Informationen:
www.senckenberg.de
two4science GmbH
two4science unterstützt Unternehmen und Institutionen bei ihrem
Engagement für naturwissenschaftlich-technische Bildung: Der Bildungsdienstleister entwickelt individuelle Lernwelten für die Forscher von morgen und begleitet seine Kunden bei der Umsetzung
ihrer Ideen in konkretes Handeln.
Es werden unter anderem Science-Camps in den hessischen Schulferien angeboten. Sie haben unterschiedliche Themenschwerpunkte,
darunter auch die Bionik.
www.two4science.de
49
Umweltzentrum Hanau
Das Bildungszentrum der Stadt Hanau bietet umweltpädagogische
Kurse für Schulklassen und Kindertageseinrichtungen sowie Fortbildungen für Lehrkräfte und Erzieherinnen an. Über 50 Kurse und Projekte stehen auf dem Programm des Umweltzentrums, das sich auch
an Familien, Kindergruppen und Senioren richtet. Neben den klassischen Umweltthemen wurde eine interaktive Wanderausstellung mit
dem Thema: „Bionik Ideenlabor Natur“ in Kooperation mit der Technischen Universität Darmstadt entwickelt, die von Schulen und Unternehmen ausgeliehen werden kann.
Weiterführende Informationen:
www.umweltzentrum-hanau.de
www.ideenlabor-natur.de
6.2 Studienmöglichkeiten
An zahlreichen Universitäten bestehen Forschungsprojekte zu bionischen Themen. Eine Auswahl hessischer Institute findet sich bereits
mit Kompetenzprofilen in diesem Kompetenzatlas. Studiengänge,
die eine Ausbildung in Bionik ermöglichen, bieten folgende Hochschulen an:
50
Hochschule Bremen
http://bionik.fbsm.hs-bremen.de
Westfälische Hochschule Bocholt
www.w-hs.de/bionik-boh
Fachhochschule Kärnten
www.fh-kaernten.at/bauingenieurwesen-architektur/
studienueberblick.html
Hochschule Hamm-Lippstadt
www.hshl.de/materialdesign-bionik-photonik
Hochschule Rhein-Waal
www.hochschule-rhein-waal.de/studium/fachbereiche/
technologieundbionik/bionik.html
Eine sehr gute Übersicht über die Bionik-Bildungsangebote in
Deutschland ist auf der Internetseite des Kompetenznetzes Biomimetik und der Plant Biomechanics Group Freiburg als „Bildungslandkarte“ zusammengestellt: www.bionik-online.de
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
7. Literatur
Belzer, S.:
Die genialsten Erfindungen der Natur. Frankfurt/M.: Fischer Verlag
GmbH, 2010.
VDI Richtlinien:
VDI 2221 Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer
Systeme und Produkte. Berlin: Beuth Verlag, 1993.
Cerman, Z., Barthlott, W., Nieder, J.:
Erfindungen der Natur. Berlin: Rowohlt, 2005.
VDI 6220 Blatt 1 Bionik – Konzeption und Strategie – Abgrenzung
zwischen bionischen und konventionellen Verfahren/Produkten.
Berlin: Beuth Verlag, 2012.
Kesel, A.:
Bionik. Frankfurt/M.: Fischer Verlag, 2005.
Luther W., Beismann H., Seitz H.:
Nanotechnologie in der Natur – Bionik im Betrieb. Band 20 der
Schriftenreihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech des Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung, 2011.
Nachtigall, W.:
Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 2. Auflage. Heidelberg: Springer Verlag, 2002.
Nachtigall, W.:
Bionik. München: C.H. Beck Verlag, 2008.
Rossmann T., Tropea C.:
Bionik -Aktuelle Forschungsergebnisse in Natur-, Ingenieur- und
Geisteswissenschaft. Heidelberg: Springer Verlag, 2004.
Speck T., Speck O., Neinhuis C., Bargel H.:
Bionik – Faszinierende Lösungen der Natur für die Technik der Zukunft. Freiburg: Lavori Verlag, 2012.
VDI 6221 Blatt 1 Bionik – Funktionale bionische Oberflächen. Berlin:
Beuth Verlag, 2013.
VDI 6222 Blatt 1 Bionik – Bionische Roboter. Berlin: Beuth Verlag,
2013.
VDI 6223 Blatt 1 Bionik – Bionische Materialien, Strukturen und
Bauteile. Berlin: Beuth Verlag, 2013.
VDI 6224 Blatt 1 Bionische Optimierung – Evolutionäre Algorithmen
in der Anwendung. Berlin: Beuth Verlag, 2012.
VDI 6224 Blatt 2 Bionische Optimierung – Anwendung biologischer
Wachstumsgesetze zur strukturmechanischen Optimierung technischer Bauteile. Berlin: Beuth Verlag, 2012.
VDI 6224 Blatt 3 – Arbeitstitel – Bionik – Evolutionary Light Structure
Engineering (ELiSE). Berlin: Beuth Verlag, 2014.
VDI 6225 Blatt 1 Bionik – Bionische Informationsverarbeitung. Berlin: Beuth Verlag, 2012.
VDI 6226 Blatt 1 -Entwurf- Bionik – Architektur, Ingenieurbau, Indu-
striedesign. Berlin: Beuth Verlag, 2013.
VDI:
Positionspapier „Zukunft der Bionik: Interdisziplinäre Forschung
stärken und Innovationspotenziale nutzen“.
www.vdi.de/uploads/media/Broschuere_TLS_
Positionspapier_Zukunft_der_Bionik_01.pdf
abgerufen am 14.3.2014
51
erium
rkehr
klung
Anhang
Partner der Veranstaltungsreihe Bionik im Betrieb,
geordnet nach Veranstaltungen
Hessen
Nanotech
Übergeordnete Partner für die Reihe Bionik im Betrieb
(2011/2012)
EUROPÄISCHE UNION
Investition in Ihre Zukunft
Europäischer Fonds für
regionale Entwicklung
Aktionslinie Hessen-Nanotech
HA Hessen-Agentur GmbH
HESSEN
Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und
Landesentwicklung
für Wirtschaft, Verkehr
und Landesentwicklung
Hessen
Nanotech
EUROPÄISCHE UNION
IHK Darmstadt Rhein Main Neckar
Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst
Biokon e.V.
Verband Botanischer Gärten (VBG)
Bionik-Sigma, Sigrid Belzer & Martin Zeuch GbR
Europäische Union
Auftaktveranstaltung Bionik im Betrieb 30.08.2011
Gastgeber: IHK Darmstadt Rhein Main Neckar
Partner: Botanischer Garten Technische Universität Darmstadt
Workshop Material, 17.11.2011
Gastgeber: Heraeus, Hanau
Partner: DGM, IHK Hanau-Gelnhausen-Schlüchtern
52
Bionik
Kompetenzmatrix
Kompetenzprofile
Förderprogramme
Bildungsangebote
Literatur
Workshop Leichtbau und Struktur, 24.1.2012
Gastgeber: Adam Opel AG, Rüsselsheim
Partner: Stadt Rüsselsheim
Workshop Antriebe und Sensoren, Altes Schalthaus
Darmstadt, 22.3.2012
Partner: Technische Universität Darmstadt
Workshop Oberflächen, 08.05.2012
Gastgeber: Rittal, Herborn
Abschlussveranstaltung Strategien, 19.06.2012
Gastgeber: Dechema e.V. Frankfurt/M.
53
Workshop Form und Funktion – Innovationspotenzial
Bionik, 29.11.2012
Partner: EuroMold, Frankfurt/M.
HESSEN
für Wirtschaft, Verkehr
und Landesentwicklung
Hessen
Nanotech
EUROPÄISCHE UNION
Übergeordnete Partner für die Reihe Bionik im Betrieb
(2013/2014)
Hessen
Nanotech
für Wirtschaft, Energie,
ches Ministerium
tschaft, Verkehr
ndesentwicklung
EUROPÄISCHE UNION
Hessen-Nanotech
Hessen Trade & Invest GmbH
Europäische Union
Bionik-Sigma Innovation GmbH
Workshop Faszination Bionik – Innovative Projekte für die
Ausbildung, 15.05.2013
Gastgeber: Science Center Experiminta, Frankfurt/M.
Partner: Hessen-IT, Aldebaran, Festo, IHK Innovationsberatung
Hessen
Workshop Lärmreduktion nach Vorbild der Natur,
25.09.2013
Gastgeber: Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und
Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt
Workshop Technische Textilien und Faserverbundmaterialien, 13.2.2014
Gastgeber: Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH, Obertshausen
Partner: Industrieverband Veredlung – Garne – Gewebe –
Technische Textilien e.V. (IVGT)
54
www.bionik-sigma.de
Projektträger der Aktionslinie Hessen-Nanotech
des Hessischen Ministeriums für Wirtschaft,
Hessen
Nanotech
Das Projekt wird kofinanziert aus
Mitteln der Europäischen Union
EUROPÄISCHE
UNION
EUROPÄISCHE UNION:
Investition
inZukunft
Ihre Zukunft
Investition in Ihre
Europäischer Fonds Fonds
für
Europäischer
für