Bionik – Seite 23 – Martina Rüter: Web – Text

Wabenstrukturen: leicht und stabil

Martina Rüter5. März 20156. September 2023

Die Natur hat den Leichtbau perfektioniert. Mit minimalem Energie- und Materialeinsatz hat sie eine Vielzahl an stabilen und gleichzeitig leichten Konstruktionen hervorgebracht.
Die Wabenbauten der Bienen weisen eine extrem hohe Stabilität auf und besitzen gleichzeitig ein äußerst geringes Gewicht. Belastungen werden über die Wabenwände auf den gesamten Wabenbau verteilt und wirken somit nicht punktuell. Die sechseckigen Waben verleihen der Konstruktion ihre Stabilität. Durch die Hohlräume werden Ressourcen eingespart und das eingesetzte Material, der Wachs, ist vollständig recyclebar. Auch die Feldwespe baut sechseckige Nester. Als Baumaterial dienen ihr Holzfasern, die mittels des Speichels zu einer papierähnlichen Substanz verarbeitet werden. ...weiterlesen "Wabenstrukturen: leicht und stabil"

Fin Ray Effect – Flossenstrahl-Effekt

Martina Rüter4. März 201514. August 2020

Technische Anwendungen des Funktionsprinzips „Fischflosse“
In der Automatisierungstechnik ist die Bionik auf dem Vormarsch. Moderne Anlagen und Roboter greifen auf natürliche Vorbilder zurück.

Fischflossen verhalten sich unter seitlicher Druckeinwirkung unerwartet: Drückt man beispielsweise mit dem Finger leicht gegen die Schwanzflosse einer Forelle, so knickt diese nicht wie erwartet in Druckrichtung weg, sondern die Flosse bewegt sich entgegen der Druckrichtung zum Finger hin. Diesen Effekt bezeichnet man als Fin Ray Effect^®.
Der patentierte Flossenstrahl-Effekt beruht auf der Struktur der einzelnen Flossenstrahlen. Diese bestehen jeweils aus zwei festen Streben, die an der Spitze zusammenlaufen und dort fest verwachsen sind. Die beiden Streben bilden ein spitzwinkliges Dreieck. Zwischen den zwei biegeelastischen Flanken befinden sich Querstreben, welche die Flanken auf Abstand halten und elastische Bewegungen ermöglichen. ...weiterlesen "Fin Ray Effect – Flossenstrahl-Effekt"

Wärmedämmung nach Eisbärenart

Martina Rüter3. März 201514. August 2020

Eisbären schützen sich durch die Kombination mehrerer Effekte erfolgreich vor der eisigen Kälte. Das weiße Fell des Eisbären erfüllt mehrere sinnvolle Funktionen, die dem Arktisbewohner das Leben unter den herrschenden Bedingungen erleichtert. So dient die weiße Farbe des Fells der Tarnung. Damit kann sich der bis zu drei Meter große Jäger unbemerkt in der schneebedeckten Landschaft unbemerkt an seine Beute heranschleichen. Das dichte Fell dient daneben zum Schutz gegen die Kälte. Die einzelnen Haare sind von einem öligen, wasserabweisenden Film umgeben. Deshalb macht dem Eisbären auch ein kleines Bad im eiskalten Wasser nichts aus. Denn nach dem Schwimmen schüttelt er sämtliche Wassertropfen einfach aus dem Fell. So kann auch Schnee nicht im Fell gefrieren. Gleichzeitig schließen die dicht stehenden Fellhaare Luft ein und erzeugen so eine Isolierschicht. Hierdurch kann die Körperwärme nicht so leicht entweichen. Dieser Effekt wird beim Eisbärenfell durch die starke Kräuselung der einzelnen Haare verstärkt. Das dichte Haargeflecht bildet ein Luftpolster um den Eisbärenkörper. ...weiterlesen "Wärmedämmung nach Eisbärenart"

Intelligente Beschichtungen / Haihaut-Effekt

Martina Rüter2. März 201514. August 2020

Um dem unerwünschten Bewuchs von organischem Material an Schiffsrümpfen entgegen zu wirken, nutzt man mechanische oder chemische Abwehrmechanismen.

Als Fouling bezeichnet man allgemein die Anlagerung von Feststoffen an Oberflächen. Im Schiffbau versteht man darunter die Besiedelung von Schiffsrümpfen, Bojen oder anderen ins Wasser eintauchenden Objekte durch Organismen. Zu den sich ansiedelnden Lebewesen zählen beispielsweise Seepocken, Muscheln, Algen und Krebse. Auch in der chemischen Industrie kennt man das Fouling. Hierbei handelt es sich um die Verunreinigung von Rohrzuleitungen bei Wärmetauschern und in Kühlsystemen, die aus Seen und Flüssen gespeist werden. Weiterhin findet man Bio-Fouling in den Rohrleitungssystemen der Papier verarbeitenden Industrie sowie in Molkereien und Brauereien.

Antifouling
Im Schiffbau verwendete man lange Zeit als Antifouling-Beschichtung Farben und Lacke, die zumeist das toxische Tributylzinn, kurz TBT, enthielten. Seit dem Jahr 2008 gilt allerdings ein umfassendes Verbot für solche Anstriche. Als Ersatzstoff wurden übergangsweise ebenfalls giftige Kupfer- und Kupferverbindungen eingesetzt. Diese sind inzwischen jedoch auch schon in einigen Binnengewässern verboten worden. Somit besteht ein gigantischer Markt für umweltschonende Antifouling-Beschichtungen. Und die Lösung kommt aus der Natur selbst. ...weiterlesen "Intelligente Beschichtungen / Haihaut-Effekt"

Spinnenseide: stabil und elastisch

Martina Rüter27. Februar 201514. August 2020

Spinnenseidefäden sind fest wie Stahl, dehnbar wie Gummi und dabei enorm reißfest.
Der Seidenfaden der Spinne ist eine einzigartige Naturfaser. Belastungstests mit natürlichen Spinnenfäden ergaben, dass diese bis zu fünf Mal fester als Stahl sind. Dabei sind die Fäden im Schnitt zehn Mal dünner als ein menschliches Haar. Gleichzeitig lässt sich dieses Naturprodukt auf die dreifache Länge dehnen, bevor es reißt. Die Dehnbarkeit übersteigt damit die eines Nylonfadens. Das besondere an den Seidenfäden ist, die Kombination der Eigenschaften stabil und elastisch. Künstliche Fasern wie Nylon oder Keflar besitzen immer nur eine dieser Eigenschaften. Außerdem ist Spinnenseide - im Gegensatz zu Kunstfasern - vollständig biologisch abbaubar.

Spinnen sind in der Lage, bis zu sieben verschiedene Seidenarten zu produzieren – je nach Einsatzzweck. So kann ein Faden dick, dünn oder gar klebrig sein. Unabhängig von der Art des Fadens bestehen alle Spinnenfäden aus Eiweißmolekülen. Dabei entscheiden die Reihenfolge der einzelnen Aminosäuren, die Bausteine der Eiweiße, und die räumliche Anordnung der Aminosäureketten über die Eigenschaft des produzierten Fadens. So besteht der Haltefaden der Spinne aus vielen Einzelsträngen, wodurch er besonders fest wird. ...weiterlesen "Spinnenseide: stabil und elastisch"