Die Biomechanik befasst sich mit den Bewegungen von biologischen Systemen, gemeint sind also Pflanzen und Tieren. Sie ist Teil der technischen Mechanik, da die Belastungen von belebten Strukturen und beispielsweise Maschinenteilen Ähnlichkeiten aufweisen.
Die Optimierungsstrategien von Bäumen und Knochen dienen dabei als Vorbild für den Entwurf von Bauteilen mit hoher Biegefestigkeit, die für den Bau von Säulen und Balken aber auch im Brückenbau erforderlich ist. ...weiterlesen "Biomechanik: die mechanische Seite der Natur"
Bionik ist ein Kunstwort aus Biologie und Technik und bedeutet „Lernen von der Natur für eine verbesserte Technik“.
Die Natur hat in ihrer Jahrmillionen andauernden Evolutionsgeschichte perfekt an die Umwelt angepasste Organismen hervorgebracht. Oft sind die Erfindungen der Natur erstaunlich einfache, effektive und energie- sowie materialsparende Konstruktionen. Der interdisziplinäre Forschungszweig Bionik versucht die Errungenschaften der Natur für den Menschen nutzbar zu machen. Dies läuft in der Regel in zwei aufeinander folgenden Schritten ab:
Zunächst werden natürliche Abläufe erforscht. Diese Grundlagenforschung betreibt die „Technische Biologie“, ein Forschungszweig der Biologie.
Nachdem biologische Funktionsprinzipien entschlüsselt sind, erfolgt ihre Übertragung auf technische Anwendungen.
Bionische Forschung beinhaltet also mehr als das einfache Kopieren biologischer Vorgänge. Eine echte bionische Erfindung, wie z. B. die Wandfarbe mit dem Lotus-Effekt® für sich selbst reinigende Fassadenwände, hat stets ein biologisches Vorbild. In diesem Fall diente die Lotuspflanze als natürliche Vorlage. ...weiterlesen "Bionik – Lernen von der Natur"
Äste gleichen höhere Belastungen mit zusätzlichem Material aus und sind an diesen Stellen dicker, Quelle: Pixabay
Lernen vom Wachstum der Knochen und Bäume Leichtbauweisen gewinnen heute mit zunehmend knapper werdenden Energieressourcen immer mehr an Bedeutung.
In der Natur ist der Leichtbau, also möglichst stabil bei minimalem Materialeinsatz, weit verbreitet. Neben Wabenstrukturen nutzt die Natur zum Beispiel Verbundmaterialien wie beim Perlmutt. Dieses glänzende Naturprodukt ist auf mikroskopischer Ebene aus vielen kleinen Kalkplättchen aufgebaut, die in einer Matrix aus Eiweiß und Chitin eingebettet sind. Beim Einwirken eines Drucks verschieben sich die Kalkplättchen in der weichen Matrix. Somit entstehen keine Risse und das Material ist gegenüber Druck wesentlich beständiger als ein Material aus nur einem Baustoff.
Knochen bauen Material ab, wenn dieses nicht benötigt wird
Knochen von Menschen und Tieren bestehen aus einem lebendigen Gewebe, welches sich den Belastungen optimal anpasst. Belastet man seinen Körper wenig, so baut der Körper Knochengewebe ab. Dies passiert zum Beispiel Astronauten im Weltall. Grund für den Knochenabbau ist das Energiesparen. Der Körper „denkt“ sich, wenn nur wenig Bewegung notwendig ist, dann kann am Knochenbau Energie eingespart werden. Das ist derselbe Prozess, wie bei Hungersnöten. Gibt es wenig Nahrung, baut der Körper eigene Fettreserven ab. Besteht jedoch ein Nahrungsüberangebot, so legen wir uns Fettpölsterchen für „schlechten Zeiten“ an. Knochen arbeiten nach dem selben Prinzip. ...weiterlesen "Bionik: Bauteiloptimierung – SKO und CAO"
Shinkansen Baureihe 700 - Quelle: By Sui-setz (Own work) [Public domain], via Wikimedia CommonsHochgeschwindigkeitszüge mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 360 Stundenkilometern sind enormen physikalischen Belastungen ausgesetzt. Ein bionisch optimiertes Design dieser Züge ist von Nöten, um die Belastungen optimal abzufangen. So wird nach der besten Form gesucht, die mit dem geringsten Widerstand durch den Wind flutscht. Über die Ästhetik lässt sich dabei vielleicht streiten, jedoch sollen diese Züge ja nicht - ganz anders als bei Kraftfahrzeugen - besonders raffiniert aussehen, um Kunden anzulocken, sondern möglichst effizient, schnell und komfortabel ans Ziel kommen. ...weiterlesen "Bionik: Züge mit Entenschnäbeln"
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![Shinkansen Baureihe 700 - Quelle: By Sui-setz (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons](https://www.xn--martina-rter-llb.de/wp-content/uploads/512px-JR_Central_Shinkansen_700.jpg)