Kompetenzatlas Bionik in Hessen - Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de

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Energie, Verkehr und Landesentwicklung

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Kompetenzatlas Bionik in Hessen
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    Impressum

Kompetenzatlas Bionik in Hessen

Schriftenreihe der Technologielinie Hessen-Nanotech des
Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Energie,
Verkehr und Landesentwicklung

Erstellt von:                                                                                          Gestaltung:
Karin Lübbe                                                                                            Muhr - Partner für Kommunikation
Sigrid Belzer                                                                                          Obere Kirchstraße 10
Bionik-Netzwerk Hessen                                                                                 65344 Eltville
c/o Bionik-Sigma Innovation GmbH                                                                       Telefon: +49 (0)611-940 86 20
Holzhofallee 21                                                                                        www.muhr-partner.com
D-64295 Darmstadt
Telefon: +49 (0)6151-318627                                                                            Druck:
E-Mail: kontakt@bionik-hessen.de                                                                       A&M Service GmbH
Internet: www.bionik-hessen.de                                                                         Hinter dem Entenpfuhl 13/15
                                                                                                       65604 Elz
Redaktion:
Sebastian Hummel (Hessisches Ministerium für Wirtschaft,                                               Bildquellen:
Energie, Verkehr und Landesentwicklung)                                                                Titelbild: ©fotolia/jim
                                                                                                       Seite 5 oben: Bionik-Sigma (Fotograf: Martin Zeuch)
                                                                                                       Seite 5 unten: ©fotolia/kamonrat
Nicole Holderbaum, Dr. David Eckensberger			                                                           Seite 6: Bionik-Sigma (Fotografin: Beate Köhler)
(Hessen Trade & Invest GmbH, Hessen-Nanotech)                                                          Seite 7: Bionik-Sigma (Fotograf: Martin Zeuch)
                                                                                                       Seite 8: ©fotolia/ maros_bauer
                                                                                                       Seite 11: Bionik-Sigma (Fotografin: Beate Köhler)
Herausgeber:                                                                                           Seite 12 links: ©fotolia/ag visuell
Hessen Trade & Invest GmbH                                                                             Seite 12 rechts: ©fotolia/pressmaster
Konradinerallee 9                                                                                      Seite 16: ©fotolia/jim
                                                                                                       Seite 36: ©fotolia/PRILL Mediendesign
D-65189 Wiesbaden, Germany                                                                             Seite 38: Hessen-Nanotech
Telefon: +49 (0)611-95017 8634                                                                         Seite 39 links: Hessen-Nanotech
Fax: +49 (0)611-95017 5 8634 				                                                                      Seite 39 rechts: Bionik-Sigma (Fotografin: Sigrid Belzer)
                                                                                                       Seite 40 links: ©fotolia/Maksim Samasiuk
E-Mail: info@hessen-nanotech.de
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Internet: www.htai.de, www.hessen-nanotech.de                                                          Seite 41: ©fotolia/jim
                                                                                                       Seite 42: ©fotolia/Brian Jackson
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                                                                                                       Seite 44 links: ©fotolia/psdesign1
1. Auflage März 2014					                                                                              Seite 44 rechts: ©fotolia/adimas
2., überarbeitete Auflage November 2015                                                                Seite 46: ©fotolia/Jörg Hackemann
                                                                                                       Seite 47: ©fotolia/Onkelchen
                                                                                                       Seite 48 links: ©fotolia/Robert Kneschke
                                                                                                       Seite 48 rechts: Bionik-Sigma (Fotografin: Beate Köhler)
                                                                                                       Seite 49: ©fotolia/Serg Nvns
                                                                                                       Seite 50: ©fotolia/WavebreakMediaMicro

Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und die Vollständigkeit der Angaben sowie für die Beachtung privater Rechte
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.

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Kompetenzatlas Bionik in Hessen - Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de
Bionik      Kompetenzmatrix         Kompetenzprofile   Netzwerke & Organisationen   Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

  Inhalt

Vorwort................................................................................... 4
Einleitung............................................................................... 5

1.       Bionik........................................................................... 6
1.1      Grundlagen..................................................................................... 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.       Netzwerke und Organisationen..................................... 38
4.1      Regionale Netzwerke..................................................................... 38
4.2      Überregionale Netzwerke.............................................................. 40
4.3      Internationale Netzwerke............................................................. 41

5.       Förderprogramme....................................................... 42
5.1      Bionik-Wettbewerb........................................................................ 42
5.2      Förderprogramme in Hessen......................................................... 42
5.3      Förderprogramme in Deutschland................................................ 43
5.4      Horizont 2020 – Rahmenprogramm der Europäischen Union....... 45
5.5      Stiftungen..................................................................................... 47
5.6      Ansprechpartner Förderprogramme.............................................. 47

6.       Bildungsangebote....................................................... 48
6.1      Außerschulische Bildungsangebote in Hessen.............................. 48
6.2      Studienmöglichkeiten................................................................... 50

7.       Literatur...................................................................... 51

Anhang................................................................................. 52

                                                                                                                                                                                3
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   Vorwort

   Unsere Umwelt wandelt sich stetig, und ebenso stetig passt          Diese Potenziale zu mobilisieren, erfordert einen regen Transfer zwi-
   sich die Natur neuen Bedingungen an. In ihren vier Milliarden       schen Wissenschaft und Wirtschaft. Einen Beitrag dazu leistet der
   Jahren hat die Evolution viele faszinierende Lösungen hervor-       Kompetenzatlas Bionik in Hessen. Er entstand im Rahmen der von
   gebracht. Sie für die aktuellen technologischen Herausforde-        unserer Technologielinie Hessen-Nanotech initiierten Aktivitäten
   rungen nutzbar zu machen, ist der Ansatz der Bionik.                zum Aufbau des Bionik-Netzwerkes Hessen. Der Atlas zeigt in einem
                                                                       Überblick, welche hessischen Unternehmen und Institutionen sich
Die Bionik macht die Natur zum Vorbild für Erfindungen, für die Ent-   mit den unterschiedlichen Themen der Bionik befassen. Er gibt eine
wicklung neuer Materialien und für den effizienten Umgang mit Res-     Orientierung über Ansprechpartner und Fördermöglichkeiten und
sourcen. Die auf ihr basierenden Technologien stehen also im dop-      unterstützt so die erfolgreiche Vernetzung aller Beteiligten. Ich wün-
pelten Wortsinn im Einklang mit der Natur und werden damit zur         sche Ihnen eine anregende Lektüre.
Grundlage tragfähiger Zukunftskonzepte. Ihre Voraussetzungen sind
innovative Produkte, Prozesse und Dienstleistungen.

Die bekanntesten Anwendungsbeispiele der Bionik sind der Klettver-
schluss und der Lotus-Effekt®. Aber wir verdanken ihr auch die nach
dem Vorbild gespreizter Vogelschwingen geformten Winglets, die an      Tarek Al-Wazir
Flugzeugtragflächen den Spritverbrauch senken. Diese bionischen
Lösungen zeigen, welche Potenziale die Natur für Ressourceneffizi-     Hessischer Minister für Wirtschaft,
enz und Umweltschutz bietet.                                           Energie, Verkehr und Landesentwicklung

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Bionik   Kompetenzmatrix   Kompetenzprofile     Netzwerke & Organisationen   Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

   Einleitung

Dieser Kompetenzatlas liefert einen Überblick über die aktuellen
Bionik-Projekte hessischer Unternehmen und Institutionen. Sie wer-
den 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 Innovati-
onspotenzialen für Unternehmen sowie aktuelle Fördermöglichkei-
ten 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                  der Bionik und der Koordination der Aktivitäten leisten. Relevante
konkreten Entwicklungen im Bereich Bionik. Unternehmen, Hoch-                  Förderprogramme und Ansprechpartner, eine Aufstellung von
schulen oder Institutionen, die zwar das Potenzial oder das Interesse          Bildungsangeboten zur Bionik in Hessen sowie aktuelle Studienan-
an bionischen Entwicklungen haben, bisher aber noch nicht an einer             gebote und allgemeine Literaturhinweise runden den Kompetenzat-
praktischen Umsetzung beteiligt waren, sind im Kompetenzatlas                  las ab.
nicht berücksichtigt.
                                                                                     Die Kompetenzprofile sind auch auf dem Portal
Die Aufstellung ist nicht abschließend, da – insbesondere durch                      www.kompetenzatlas-hessen.de unter dem Technologiefeld
die aktuellen Bionik-Aktivitäten der Technologielinie Hessen-Nano-                   „Bionik“ dargestellt. Unternehmen und Institutionen können
tech und des Bionik-Netzwerkes Hessen – mit weiteren Akteuren zu                     sich selbständig in diese Datenbank eintragen und erhalten da-
rechnen ist.                                                                         bei Unterstützung von der Geschäftsstelle des Bionik-Netz-
                                                                                     werkes Hessen.
Die Initiierung des Bionik-Netzwerkes Hessen bietet die Chance,
die Anzahl an Bionik-Projekten in Hessen zu erhöhen. Das Thema                 Es bleibt zu wünschen, dass der Atlas zur weiteren Vernetzung der
findet zahlreiche Interessenten, die sich über Bionik und deren An-            Akteure führt und die Entwicklung neuer Projekte, Produkte, Prozes-
wendungsmöglichkeiten in Veranstaltungen und Gesprächen infor-                 se und Dienstleistungen zum Thema Bionik initiiert.
mieren.

Technische Lösungen sind vor allem für die produzierenden Unter-
nehmen und Forschungsinstitute mit interdisziplinärer Ausrichtung
von Bedeutung. Es finden sich im Kompetenzatlas des Weiteren
Dienstleister, die beim bionischen Entwicklungsprozess wichtige Hil-
festellung leisten können.

Der Atlas wird ergänzt durch die Kurzbeschreibungen von Netzwer-
ken und Organisationen, die wertvolle Arbeit für die Fortentwicklung

                                                                                                                                                         5
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   1. Bionik

1.1 Grundlagen                                                         technischen Blickwinkel betrachtet und untersucht. Bionik findet
                                                                       dann statt, wenn die grundlegenden Erkenntnisse über die physikali-
Das Wort Bionik ist zusammengesetzt aus Biologie und Technik und       schen, chemischen oder materialwissenschaftlichen Prinzipien aus
beschreibt die Vorgehensweise, Tiere und Pflanzen als Ideengeber       diesen Untersuchungen auf technische Produkte und Verfahren an-
bei der Entwicklung von technischen Produkten und Verfahren zu         gewendet werden.
nutzen. So ist etwa der Klettverschluss nach Vorbild der Klette ent-
standen, die Form von Flugzeugflügeln ist abgeschaut von Vogelflü-     Der Verein Deutscher Ingenieure definiert die Bionik wie folgt:
geln. Es gibt schmutzabweisende Farben, deren Entwicklung auf den
Untersuchungen von Pflanzenoberflächen basiert und wiederver-              „Bionik verbindet in interdisziplinärer Zusammenarbeit Bio-
wendbare Klebebänder nach dem Vorbild des Geckofußes. Die Viel-            logie und Technik mit dem Ziel, durch Abstraktion, Übertra-
zahl der Beispiele und Ideen für bionische Anwendungen zeigen das          gung und Anwendung von Erkenntnissen, die an biologischen
Potenzial, welches diese Wissenschaftsdisziplin für die Entwicklung        Vorbildern gewonnen werden, technische Fragestellungen zu
innovativer Produkte bietet.                                               lösen.“

Der Übertragungsprozess von der Natur in die Technik ist jedoch kein   (Quelle: VDI 6220 Bionik - Konzeption und Strategie - Abgrenzung zwischen bionischen und
                                                                       konventionellen Verfahren/Produkten. Berlin: Beuth Verlag, 2012)
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

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Bionik   Kompetenzmatrix   Kompetenzprofile   Netzwerke & Organisationen   Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

Es gibt in der Bionik zwei grundsätzliche                                      In beiden Fällen werden zunächst Analogien gesucht, also Ähnlich-
Herangehensweisen:                                                             keiten zwischen Natur und Technik. Dann werden die Funktionen der
                                                                               in Frage kommenden biologischen Systeme genau analysiert und die
Bottom-up-Prinzip                                                              Übertragungsmöglichkeiten der Prinzipien in die Technik geprüft.
Eine besondere Eigenschaft eines biologischen Vorbildes inspiriert             Um diesen Prozess erfolgreich durchführen zu können, ist die Zusam-
die Naturwissenschaftler oder Ingenieure zu einer neuartigen Ent-              menarbeit zwischen Naturwissenschaftlern und Ingenieuren unab-
wicklung. Es muss eine gedankliche Assoziation zwischen der ent-               dingbar. Hier steckt eine der großen Herausforderungen der Bionik,
deckten Eigenschaft und einer möglichen technischen Anwendung                  die aber gleichzeitig auch ungewöhnliche Chancen bietet: Die Exper-
stattfinden, damit das Projekt überhaupt zustande kommt. Beispiele             ten verlassen den Rahmen ihrer eigenen Fachdisziplinen, sie treten
für diese Vorgehensweise sind der Lotus-Effekt® und das Gecko-                 in Kontakt zu Fachleuten aus gänzlich anderen Bereichen und lösen
Tape®. Diese Produkte basieren auf Erkenntnissen, die bei der biolo-           ihre Fragestellungen in interdisziplinären Teams.
gischen Grundlagenforschung gewonnen wurden. Der Innovations-
grad bei solchen Projekten ist oft sehr hoch.                                  Um die Zusammenarbeit zu ermöglichen, müssen sowohl die Team-
                                                                               mitglieder aus den technischen Forschungs- und Entwicklungsabtei-
Top-down-Prinzip                                                               lungen (FuE-Abteilungen) als auch die Naturwissenschaftler ihr Wis-
Die Entwickler suchen gezielt in der Natur nach geeigneten biologi-            sen und ihre Ideen in einer Sprache ausdrücken, die alle Beteiligten
schen Vorbildern, um einen technischen Gegenstand zu verbessern.               verstehen. Das macht die Bionik oft auch für Außenstehende beson-
Dafür wird die zu verbessernde Funktion des Gegenstandes exakt for-            ders anschaulich und faszinierend.
muliert und die Tier- und Pflanzenwelt nach ähnlichen Funktionen
durchsucht. Ein Beispiel für diese Vorgehensweise ist die Entwick-
lung von Reifen mit verbesserter Bremswirkung nach dem Vorbild
von Katzenpfoten.

                                                                                                                                                       7
Kompetenzatlas Bionik in Hessen - Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

                                                                               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 durchgeführ-
                                                                               ten Bionik-Projekte in Hessen sehr vielfältig.

                                                                               Die Projekte und Interessensgebiete bilden die Themen ab, die für
                                                                               technische und gesellschaftliche Entwicklungen der Region beson-
                                                                               ders relevant sind. Als Kompetenzbereiche und Bionik-Themenfelder
1.2 Innovationspotenziale der Bionik                                           wurden definiert:

Das Potenzial für den Kreativitätsprozess und zukünftige Innovatio-            Materialien:
nen ist bei dieser interdisziplinären Arbeitsweise enorm. Projekt-             ƒƒ Ober-/Grenzflächen
teams können unter Umständen völlig neue und unerwartete Lösun-                ƒƒ Molekulare Bionik/Nanomaterialien
gen erarbeiten, die bei einer rein technischen Betrachtung nicht
zustande gekommen wären.                                                       Bewegung:
                                                                               ƒƒ   Adaptronik
Die Biologie liefert aufgrund der Millionen von Jahren dauernden               ƒƒ   Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)
Evolution der Organismen hervorragende Lösungsideen. In der Natur              ƒƒ   Optimierung
können sich diejenigen Arten erfolgreich durchsetzen, die am besten            ƒƒ   Automatisierung
an ihren jeweiligen Lebensraum angepasst sind. Da diese Anforde-               ƒƒ   Robotik/Mechatronik
rungen sehr unterschiedlich und zum Teil veränderlich sind, entste-            ƒƒ   Sensorik/Kommunikation
hen optimierte Formen, Strukturen, Materialien und Strategien.
                                                                               Konstruktion:
Die technische Umsetzung dieser Prinzipien erschließt neue Chancen             ƒƒ   Leichtbau
und Lösungsansätze in vielen Anwendungsfeldern, wie                            ƒƒ   Optimierung (CAO/SKO)
                                                                               ƒƒ   Architektur/Bauen/Planen
ƒƒ   Materialien und Strukturen                                                ƒƒ   Design/Formgestaltung
ƒƒ   Formgestaltung und Design                                                 ƒƒ   Falten
ƒƒ   Konstruktion und Geräte
ƒƒ   Bau und Klimatisierung                                                    Andere:
ƒƒ   Robotik und Lokomotion                                                    ƒƒ   Lärmreduktion
ƒƒ   Sensoren und neuronale Steuerung                                          ƒƒ   Energie(-bionik)
ƒƒ   Anthropo- und biomedizinische Technik                                     ƒƒ   Anthropo- und biomedizinische Technik
ƒƒ   Verfahren und Abläufe                                                     ƒƒ   Organisations- und Wirtschaftsbionik
ƒƒ   Evolution und Optimierung                                                 ƒƒ   Biomechanik
ƒƒ   System und Organisation

(Quelle: Nachtigall, W.: Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und   Im Jahr 2013 wurden bionische Akteure in Hessen ermittelt. Daten-
Naturwissenschaftler. 2. Auflage. Heidelberg: Springer Verlag, 2002)
                                                                               grundlage hierfür waren Internetrecherchen sowie die durch das
                                                                               Bionik-Netzwerk Hessen und die Veranstaltungsreihe „Bionik im Be-
Spannend für die Technik der Zukunft sind vor allem die übergeord-             trieb” entstandenen Kontakte. Die an einer Aufnahme in den Kompe-
neten Prinzipien der Natur, von denen wir lernen können, wie                   tenzatlas interessierten Unternehmen und Institutionen erstellten
                                                                               Kompetenzprofile, aus denen sich die Schwerpunkte der Bionik-The-
ƒƒ Ressourcen- und Energieeffizienz                                            men in Hessen ableiten.
ƒƒ Multifunktionalität
ƒƒ Selbstorganisation, Selbstreparatur, Selbstreinigung

     8
Kompetenzatlas Bionik in Hessen - Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de
Bionik       Kompetenzmatrix   Kompetenzprofile       Netzwerke & Organisationen   Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

Anzahl der hessischen Unternehmen und Institutionen nach Bionik-Themen, die sie verfolgen (inklusive Doppelnennungen)

                                            0                          2                          4                           6                      8                       10

                      Ober-/Grenzflächen                                                                                                 7

      Molekulare Bionik/Nanomaterialien                                                                         5

                              Adaptronik                                            3

 Aero/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)                                              3

                            Optimierung                                                                                       6

                        Automatisierung                                             3

                    Robotik/Mechatronik                                                                         5

                Sensorik/Kommunikation                                                                          5

                               Leichtbau                                                                                                                         9

                 Optimierung (CAO/SKO)                                                            4
               Architektur/Bauen/Planen                                2
                 Design/Formgestaltung                                                                          5
                                   Falten                                           3
                          Lärmreduktion                  1
                         Energie(-bionik)                1
     Organisations- und Wirtschaftsbionik                              2
                            Biomechanik                                             3
  Anthropo- und biomedizinische Technik                                                                         5

Die beschriebenen Projekte und Produkte haben immer Bezüge zu                                 chen, Robotik und Sensorik, Design und Formgestaltung sowie An-
mehreren Kompetenzbereichen. Hessische Schwerpunkte liegen in                                 thropo- und biomedizinische Technik (siehe Abbildung oben).
den Themenfeldern Leichtbau und Optimierung, Ober- und Grenzflä-

Anzahl der hessischen Unternehmen und Institutionen nach Unternehmensbereichen, in denen Bionik angewendet wird
(inklusive Doppelnennungen)

                                            0                  2                4                     6                   8                  10            12                 14

                                Beratung                                                  5

                Aus-/Weiter-/Fortbildung                                                                        7

                     Technologietransfer                                                                                                     10

             Forschung und Entwicklung                                                                                                                                        14

           Fertigung, Produktionstechnik                                                                                  8

                                 Handel                                                                         7

Die Bionik findet in Hessen meist in den Unternehmensbereichen
FuE, Technologietransfer und Produktionstechnik statt, untergeord-
net in den Sektoren Handel, Aus- und Weiterbildung und Beratung
(siehe Abbildung oben).

                                                                                                                                                                        9
Kompetenzatlas Bionik in Hessen - Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de
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Regionale Verteilung von Bionik-Kompetenzen in Hessen

                                                                        Marburg

                                                                                  Fulda
                                    Herborn
                                                                  Gießen

                                                          Ober-Mörlen

                                                  Frankfurt

                                               Rüsselsheim

                                              Darmstadt

   10
Bionik   Kompetenzmatrix   Kompetenzprofile   Netzwerke & Organisationen   Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

Die hessischen Bionik-Projekte haben eine hohe Relevanz für                    Gesundheit
übergeordnete Herausforderungen unserer Gesellschaft:                          Bei der Entwicklung neuartiger Materialien und Konstruktionsprinzi-
                                                                               pien für Prothesen und Biomedizintechnik wird die Bionik ebenfalls
Mobilität                                                                      eingesetzt. DuPont liefert den Kunststoff für eine bionische Handpro-
Der bionische Leichtbau bietet eine große Anwendungsvielfalt im                these. Der LOEWE-Schwerpunkt PräBionik optimiert Produkte auf Ba-
Bereich der Material- und Ressourceneffizienz. Die Natur hält Lösun-           sis biomechanischer Erkenntnisse, die TransMIT Gesellschaft für Tech-
gen bereit, die bereits breitflächig Einzug in die Industrie gehalten          nologietransfer mbH sowie das Universitätsklinikum Frankfurt/M.
haben. Nach dem Vorbild von Knochen und Bäumen werden Bautei-                  beschäftigen sich mit der Entwicklung von adhäsiven Materialien
le mit möglichst wenig Material und hoher Stabilität konstruiert. In           nach Vorbild von Muschelproteinen. Am Institut für Experimentelle
der Automobilbranche wird der Einsatz der optimierten Bauteile be-             Biomechanik wurde ein neuartiges Implantat für die Halswirbelsäule
sonders anschaulich: Die Adam Opel AG baut optimierte Achs-                    entwickelt. Evonik Industries AG hingegen war an der Entwicklung
schenkel und Motorhalter in ihren Autos ein. Das Gewicht des Motor-            von Antifouling-Anstrichen beteiligt, die ohne Giftstoffe auskommen
halters konnte durch die Optimierung wesentlich verringert werden.             – ein Beitrag zum Schutz unserer Gewässer.
Energieeffizienz durch Leichtbau im Transportwesen ist einer der für
Hessen besonders relevanten Themenbereiche. Als wichtiger Kno-                 Innovative Produkte
tenpunkt für Luftfahrt und Verkehr kommt der Mobilität eine Schlüs-            Das Ziel der Bioniker ist es, Produkte und Verfahren zu entwickeln,
selrolle zu. Daher finden sich viele Unternehmen in der Region, die            die Vorteile gegenüber herkömmlichen Lösungen bieten. Aus der
entsprechende Dienstleistungen und Produkte anbieten. Die Firma                KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH stammen die Maschinen,
EDAG bietet Lösungen im Bereich Mobilität an, für die die Ingenieu-            mit denen Textilien nach Vorbild des Eisbärfells und der Haihaut her-
re und Designer auch die Natur als Inspirationsquelle nutzen. Das              gestellt werden. Auch Klettverschlüsse werden mit den Textilmaschi-
Honda Research Institute Europe erforscht die Anwendungsmöglich-               nen produziert. Bei der Rittal GmbH & Co. KG wurden Bionik-Projekte
keiten kognitiver Systeme, unter anderem für den Bereich Verkehr.              durchgeführt mit dem Ziel, naturinspirierte Lösungen für schockab-
                                                                               sorbierende Paletten und eine optimierte Kabeleinführung zu entwi-
Im Flugzeugbau fanden bionische Optimierungen unter der Beteili-               ckeln. Die Gestaltung innovativer Produkte hat sich auch das Institut
gung hessischer Dienstleister, wie dem Ingenieurbüro H. Molden-                für Industrie-Design der Hochschule Darmstadt zum Ziel gesetzt. Hier
hauer GmbH oder dem IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner statt.                       fanden Arbeiten zu Baustellenanschlagpunkten, die wie Geckos an
                                                                               der Wand haften, einem Emergency Airdrop System nach Vorbild von
Automatisierungstechnik und Robotik                                            Flugsamen und eine Ornithopterstudie statt.
Roboter, die nach Vorbild von Lebewesen konstruiert sind, können
unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten finden. Die Bionic Robotics              Aus- und Weiterbildung
GmbH bietet den Leichtbauroboter BioRob an, der durch seine Kons-              Im Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Konstrukti-
truktion und Steuerungstechnik gefahrlos mit Menschen zusammen-                ves Gestalten und Baukonstruktion (KGBauko) der Technischen Univer-
arbeiten kann. Im Lauflabor der Technischen Universität Darmstadt              sität Darmstadt wird Bionik im Bauwesen interdisziplinär gelehrt, mit
wird anhand des Laufroboters BioBiped erforscht, wie sich Laufen,              dem Zukunftsziel intelligente, aktive Tragwerke zu entwickeln. Das
Gehen und Stehen bei Robotern realisieren lässt. Die Sensitec GmbH             Dienstleistungsunternehmen Bionik-Sigma Innovation GmbH bietet
entwickelte Sensoren, die in bionisch inspirierten Leichtbaurobotern           Veranstaltungen und Materialien für verschiedene Zielgruppen an, um
zum Einsatz kommen.                                                            die Bionik und ihre Potenziale für die Wirtschaft zu veranschaulichen.

                                                                                                                                                       11
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

1.4 Anwendung der Bionik in Unternehmen                              Anwendung bionischer Produkte
                                                                     In den letzten zwei Jahrzehnten wurde eine Reihe bionischer Produk-
Es gibt im Prinzip drei Wege, über die die Bionik in Unternehmen     te entwickelt, die vielen Unternehmen noch unbekannt sind. Die Be-
angewendet werden kann:                                              schäftigung mit dem Themenbereich Bionik birgt das Potenzial, neue
                                                                     Produkte, Materialien und Verfahren und deren Anwendungsmög-
Inspiration im Kreativitätsprozess                                   lichkeiten für das eigene Unternehmen zu entdecken. Diese Aufgabe
Auf der Suche nach neuen Ideen für die Lösung technischer Probleme   übernehmen in großen Unternehmen sogenannte Innovations-
kann die Orientierung an der Natur bestehende Denkmuster der         scouts. Das Themenfeld ist jedoch für viele Mitarbeiter so faszinie-
Fachdisziplinen lockern und zu völlig neuen Ansätzen führen. Chan-   rend, dass sie sich aus persönlichem Interesse durch Medienberichte
cen werden in der Durchführung von Innovationsworkshops gese-        und in Veranstaltungen über die Bionik informieren.
hen, bei denen die Biologie als Suchfeld angewendet wird.
                                                                        Faszination und Innovationskultur: Die Faszination für das
FuE-Projekte                                                            Thema Bionik motiviert Menschen aus allen Branchen und
Bionik wird schwerpunktmäßig in Form von Forschungs- und Entwick-       Unternehmensbereichen zur Auseinandersetzung mit techni-
lungsprojekten angewendet. Seien es studentische Abschlussarbei-        schen Fragestellungen und möglichen Lösungen aus der Na-
ten oder Praktika, Kooperationsprojekte zwischen Unternehmen oder       tur. Sie ist damit ein Mittel, die Innovationskultur von Unter-
große Verbundvorhaben unter Einbeziehung von Forschungsinstitu-         nehmen zu stärken und bestehende Denkansätze in Frage zu
ten, entscheidend ist immer die interdisziplinäre Zusammensetzung       stellen. Niemals aber verspricht die Bionik, immer die beste
der Projektteams.                                                       Lösung für ein Problem liefern zu können. Sie ist ein Werk-
                                                                        zeug, das angewendet werden kann, um die klassischen Inge-
Transferstellen können die Unternehmen bei der Suche nach Projekt-      nieurwissenschaften zu ergänzen – jedoch nicht, um sie zu
partnern unterstützen.                                                  ersetzen.

Die große Wissensbasis für die Bionik entstammt der biologischen
Grundlagenforschung. In Universitäten, Sammlungen und Botani-
schen Gärten erforschen und systematisieren Biologen die unendlich
erscheinende Vielfalt an Organismen. Sie untersuchen und katalogi-
sieren deren inneren und äußeren Aufbau, Formen, Materialien,
Oberflächenbeschaffenheit und vieles mehr.

   12
Bionik   Kompetenzmatrix   Kompetenzprofile   Netzwerke & Organisationen   Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

   2. Kompetenzmatrix

Die Kompetenzmatrix verschafft einen schnellen Überblick über die             Die Unternehmensprofile sind auf dem Portal www.kompetenzatlas-
hessischen Unternehmen, Hochschulen und Institutionen, die im Ka-             hessen.de unter dem Technologiefeld „Bionik“ recherchierbar und
pitel „Kompetenzprofile“ detailliert vorgestellt werden.                      mit den folgenden Tätigkeitsfeldern und Fachkompetenzen ver-
                                                                              knüpft:

 Kompetenz-Sektoren                             Kompetenzebene 1                                         Kompetenzebene 2

 Dienstleistung                                 Beratung
                                                Aus-/Weiter-/Fortbildung
                                                Technologietransfer

 Forschung und Entwicklung (FuE)

 Fertigung, Produktionstechnik

 Handel

 Bionik-Teilbereich                             Materialien                                              Ober-/Grenzflächen
                                                                                                         Molekulare Bionik/Nanomaterialien

                                                Bewegung                                                 Adaptronik
                                                                                                         Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)
                                                                                                         Optimierung
                                                                                                         Automatisierung
                                                                                                         Robotik/Mechatronik
                                                                                                         Sensorik/Kommunikation

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

                                                Andere                                                   Lärmreduktion
                                                                                                         Energie(-bionik)
                                                                                                         Organisations- und Wirtschaftsbionik
                                                                                                         Biomechanik
                                                                                                         Anthropo- und biomedizinische Technik

Die aktuellen hessischen Projekte sind im Folgenden in einer Kompe-           und Hochschulen in den Kompetenzprofilen vorstellen. Die weiteren
tenzmatrix dargestellt. Darin beziehen sich alle zum Unternehmens-            Unternehmensbereiche wurden in dieser Bionik-Kompetenzmatrix
bereich angegebenen Kompetenzen ausschließlich auf das bionische              bewusst nicht dargestellt.
Projekt oder Produkt, mit dem sich die Unternehmen, Institutionen

                                                                                                                                                      13
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

   Kompetenzmatrix
   Unternehmen und Institutionen in Hessen

                                                                                     Unternehmensbereich                                                     Projekt/Produkt

                                                                                                                      Ferti-
                                                                                                                      gung,
                                                                  Dienstleistung                               FuE   Produk-   Handel
                                                                                                                      tions-
                                                                                                                     technik

                                                                                         Technologietransfer
                                                                     Aus-/Weiter-/
                                                                     Fortbildung
                                                       Beratung

Firma

Adam Opel AG                                                                                                                                            Motorhalter, Achsschenkel

Bionic Robotics GmbH                                                                                                                                  Leichtbauroboter BioRob

Bionik-Sigma                                                                                                                                 Beratung und Veranstaltungen zur Bionik

                                                                                                                                             Tailored fiber placement (TFP): Faserplatzierung in
Dipl.-Ing. H. Moldenhauer GmbH                                                                                                                          Hauptspannungsrichtung

DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH                                                                                                              Kunststoffe für Bionik-Handprothese

                                                                                                                                                     Competence Center bei EDAG für
EDAG Engineering GmbH                                                                                                                                     Leichtbau

Evonik Industries AG                                                                                                                                    Anti-Fouling-Anstrich

                                                                                                                                          Baustellenanschlagpunkte, Emergency Airdrop System
Hochschule Darmstadt - Institut für Industrie-Design                                                                                                   und Ornithopterstudie

Honda Research Institute Europe GmbH                                                                                                                  Kognitive/komplexe Systeme

                                                                                                                                                Optimierung multivariabler Systeme mittels
IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner                                                                                                                 Evolutionsstrategie, Tragflügelprofile

Institut für Experimentelle Biomechanik                                                                                                              Implantat für Halswirbelsäule

                                                                                                                                                Textilien mit Oberflächen und Aufbau nach
KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH                                                                                                                bionischem Vorbild (Eisbärfell)
LOEWE-Schwerpunkt Präventive                                                                                                            Entwicklung digitaler Menschmodelle mit in vivo-Eigenschaften
Biomechanik-PräBionik
                                                                                                                                              und Simulation mechanischer Interaktionen
Philipps Universität Marburg –                                                                                                                                 Synthese von
AG Molekulare Bionik
                                                                                                                                                         Biohybridverbindungen

Rittal GmbH & Co. KG                                                                                                                                Schockpalette, Kabeleinführung

Sensitec GmbH                                                                                                                            Sensoren für bionisch inspirierte Leichtbauroboter

                                                                                                                                                       Lehre „Bionik im Bauwesen“
Technische Universität Darmstadt – KGBauKo                                                                                                  Verwertbare Lösungen für die Fragen des Bauens
Technische Universität Darmstadt – Locomotion
Laboratory des Instituts für Sportwissenschaft
                                                                                                                                                         Laufroboter BioBiped

TransMit Gesellschaft für Technologietransfer mbH                                                                                                  Klebstoff aus Muschelproteinen

Universitätsklinikum Frankfurt/M.                                                                                                                      BioClou-Feuchtklebstoff

   14

         
                                     
                                                     
                                                         
                                                                 
                                                                         
                                                                                      Ober-/Grenzflächen

                                                                                                            Material
                                                                                      Molekulare Bionik/

     
                             
                                                     
                                                         
                                                                 
                                                                                       Nanomaterialien

             
                                             
                                                             
                                                                                         Adaptronik

                                                                                      Aero-/Fluiddynamik

                                             
                                                     
                                                                         
                                                                                     (Schwimmen/Fliegen)

             
                                 
                                             
                                                 
                                                             
                                                                             
                                                                                         Optimierung

                                                                                                            Bewegung

                                                 
                                                             
                                                                             
                                                                                       Automatisierung

                                                                                          Robotik/
                                                                                                                                                       Bionik

             
                     
                                                             
                                                                         
                                                                             
                                                                                         Mechatronik

                                                                                         Sensorik/

             
                     
                                             
                                                 
                                                             
                                                                                       Kommunikation
                                                                                                                                                       Kompetenzmatrix

                 
                         
                                             
                                                     
                                                             
                                                                     
                                                                         
                                                                             
                                                                                 
                                                                                          Leichtbau

                                                                                         Optimierung

                                             
                                                             
                                                                     
                                                                                 
                                                                                          (CAO/SKO)
                                                                                                                                                       Kompetenzprofile

                                                                                      Architektur/Bauen/

                 
                                             
                                                                                            Planen
                                                                                                            Konstruktion

                                                                                          Design/
                                                                                                                           Angewendete Bionik-Themen

                 
                                         
                                             
                                                     
                                                                             

                                                                                       Formgestaltung

                 
                         
                                                     
                                                                                            Falten
                                                                                                                                                       Netzwerke & Organisationen

                                             
                                                                                        Lärmreduktion

                 
                                                                                       Energie(-bionik)
                                                                                                                                                       Förderprogramme

                                                                                      Organisations- und

                             
                                                 
                                                                                       Wirtschaftsbionik
                                                                                                            Andere

             
                                 
                                         
                                                                                        Biomechanik
                                                                                                                                                       Bildungsangebote

                                                                                      Anthropo- und bio-

15
     
                             
                                 
                                         
                                                                 

                                                                                     medizinische Technik
                                                                                                                                                       Literatur
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

   3. Kompetenzprofile
      Bionik in Hessen

   16
Bionik   Kompetenzmatrix      Kompetenzprofile      Netzwerke & Organisationen      Förderprogramme        Bildungsangebote   Literatur

 Adam Opel AG
 Rüsselsheim

Adresse             Adam Opel AG                        Achsschenkel, Motorhalter
		                  Bahnhofsplatz
		                  65423 Rüsselsheim                   Beschreibung
Telefon             +49 (0)6142-770                     Die simulationsgestützte Optimierung ist ein wichtiges Werkzeug, wenn es darum geht, mög-
Internet            www.opel.de                         lichst leichte Bauteile mit hoher Festigkeit zu entwickeln. Dabei haben sich vor allem die beson-
Mitarbeiter         34.500
                                                        deren Optimierungsmethoden bewährt, die aus dem Bereich der Bionik stammen und deren
Gründungsjahr       1862 (Unternehmen Opel)             Grundlagen am Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt wurden. Dort wurden die Eigenschaf-
                                                        ten von biologischen Kraftträgern (wie beispielsweise Bäume, Krallen und Knochen) studiert.
Kontaktperson       Uwe Deller
Telefon             +49 (0)6142-760178
Telefax             +49 (0)6142-778409                  Die Untersuchungen haben gezeigt, dass biologische Kraftträger gemäß einer adaptiven
E-Mail              uwe.deller@de.opel.com              Wachstumsregel in ihre optimierten Formen hineinwachsen. Indem man die Wachstumsregel
                                                        simuliert und auf das zu optimierende Bauteil anwendet, wächst dieses dann virtuell in die op-
                                                        timierte 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 Festig-
Kernkompetenz:                                          keitsproblemen unter Einsatz von minimalem Gewicht eingesetzt werden.
1. Leistungsspektrum:
Fahrzeugentwicklung und –produktion                     Die von der Wachstumsregel abgeleiteten klassischen Methoden CAO (Computer Aided Optimi-
                                                        zation) und SKO (Soft Kill Option) wurden 1992 bei der Adam Opel AG eingeführt und gemäß
2. Produkte und Dienstleistungen:
                                                        den Anforderungen in der Praxis modifiziert. Später wurden diese Programme durch das Pro-
 Nutz- und Kraftfahrzeuge
                                                        gramm TopShape ergänzt, das Fertigungsrestriktionen für Gussteile berücksichtigen kann. Mit
3. Einsatzgebiet:                                       dem Verfahren werden nun Gussteile, wie Motorhalter und Achsschenkel, aber auch Blechbau-
 Automobil                                             teile optimiert.

                                                        Abbildung: CAO/SKO Bearbeitung von Motorhalter (links) und Achsschenkel (rechts) (Quelle: Adam Opel AG)

                                                                                                                                                                            17
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

   Bionic Robotics GmbH
   Darmstadt

  Adresse           Bionic Robotics GmbH            Leichtbauroboter BioRob
  		                Robert-Bosch-Straße 7
  		                64293 Darmstadt                 Beschreibung
  Telefon           +49 (0)6151-2767285             Dem Leichtbauroboter BioRob liegt die Übertragung der Funktionsprinzipien eines biolo-
  Telefax           +49 (0)6151-2767287             gischen Armmodells auf das ingenieurmäßige Konzept eines „bionischen Roboters“ zu Grunde.
  Internet          www.bionic-robotics.de

  Mitarbeiter       6                               Der BioRob ist ein elastisch nachgiebiger Leichtbauroboterarm, der sich in seinen Ausmaßen
  Gründungsjahr     2010                            und seiner Bewegungsgeschwindigkeit am menschlichen Arm orientiert.
  Kontaktperson     Jan Röhlinger
  Telefon           +49 (0)6151-2767285             Der Roboter zeichnet sich durch ein leichtgewichtiges Design mit einem bemerkenswerten Ver-
  Telefax           +49 (0)6151-2767287             hältnis von Traglast zu Eigengewicht aus. Ein besonderes Merkmal ist die hohe aktive und ins-
  E-Mail            roehlinger@bionic-robotics.de   besondere passive Sicherheit bei Kollisionen. Diese Schutzmaßnahme ermöglicht seinen Ein-
                                                    satz im direkten Umfeld des Menschen, ohne ihn zu gefährden. Weitere Vorzüge sind die sehr
                                                    schnellen Einrichtungszeiten dank intuitiver Teach-In-Programmierung (manuelles Führen
  Kernkompetenz:                                    oder Steuern des Roboters, um Bewegungsabläufe zu programmieren).
  1. Leistungsspektrum:
  Entwicklung und Optimierung eines                 Unter dem Stichwort „Hybride Fertigung“ kann der Leichtbauroboter ohne zusätzliche Schutz-
  Leichtbauroboters, Regelung elastischer           einrichtung zusammen mit dem Mitarbeiter „Hand in Hand“ arbeiten und diesen zum Beispiel
  Systeme                                           von stark repetitiven Arbeiten entlasten. Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels
                                                    in der Gesellschaft gewinnen solche Produktionskonzepte gerade für kleine und mittlere Unter-
  2. Produkte und Dienstleistungen:
   Vertrieb des Leichtbauroboters BioRob           nehmen immer stärker an Bedeutung. Auf aufwendige Sicherheitseinrichtungen wie Licht-
                                                    schranken oder Schutzzäune kann gänzlich verzichtet werden.
  3. Einsatzgebiete:
   Pick and Place-Anwendungen
   Inspektionsaufgaben                             Die im Vergleich zu konventionellen Roboterarmtechnologien günstigen Anschaffungs- und
   Labor (Stand-alone/Teil einer                   Betriebskosten führen zu einer schnelleren Amortisation der Investitionskosten.
     Automatisierung)
   Testsysteme
                                                    Abbildungen: BioRob Leichtbauroboter (Quelle: Bionic Robotics GmbH)
   Mobiler Einsatz

   18
Bionik   Kompetenzmatrix   Kompetenzprofile   Netzwerke & Organisationen   Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

 Bionik-Sigma Innovation GmbH
 Darmstadt

Adresse             Bionik-Sigma                            Lernen von der Natur für die Technik: Veranstaltungen,

                    Innovation GmbH
                    Holzhofallee 21
                                                            Technologiescout Bionik, Fachtexte und Bionik-Netzwerk Hessen
		                  64295 Darmstadt
Telefon             +49 (0)6151-318627                      Beschreibung
Internet            www.bionik-sigma.de
                                                            Bionik bedeutet Lernen von der Natur für die Technik. Um die spannenden Ergebnisse der Bio-
Mitarbeiter         5                                       nik-Forschung verständlich darzustellen, bietet Bionik-Sigma Bionik-Veranstaltungen für ver-
Gründungsjahr       2008                                    schiedene Zielgruppen an, wie Unternehmensvorträge, das Kreativ-Seminar Bionik, Lesungen,
                                                            Schulworkshops oder Führungen auf dem Bionik-Lehrpfad im Botanischen Garten der Techni-
Kontaktperson       Sigrid Belzer
Telefon             +49 (0)6151-318627                      schen Universität Darmstadt.
E-Mail              info@bionik-sigma.de
                                                            Der „Technologiescout Bionik“ unterstützt Unternehmen bei der Planung und Durchführung
                                                            von Bionik-Projekten durch Beratung, Recherchen und die Vermittlung von Kontakten. Beste
Kernkompetenz:                                              Kenntnisse der Bionik-Landschaft, die enge Zusammenarbeit mit Biologen und die Nutzung der
                                                            von Bionik-Sigma entwickelten „Bionik-Toolbox“ sorgen für einen einfachen Start in die Bionik.
1. Leistungsspektrum:
                                                            Die Bionik bietet Perspektiven für die Entwicklung innovativer Produkte, Optimierung von Pro-
Das Unternehmen Bionik-Sigma besteht aus den
Bereichen Innovation, Education und Shop.                   zessen und Inspiration für neue Ideen.

Bionik-Sigma Innovation bietet Veranstaltung und
Beratung „Technologiescout Bionik" für Unterneh-
                                                            Die Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes Hessen, das 2012 von der Technologielinie Hessen-
men an, um sie bei der Umsetzung bionisch inspirierter      Nanotech des Hessischen Wirtschaftsministeriums initiiert wurde, ist bei der Bionik-Sigma In-
Projekte zu unterstützen. Bionik-Sigma Education ist        novation GmbH angesiedelt. Allgemeine Informationen zur Bionik sind hier erhältlich, die Ge-
führender Dienstleister für Bildungsprojekte im
Bereich Bionik. Der Bionik-Sigma Shop bietet
                                                            schäftsstelle vermittelt erste Kontakte und veranstaltet Vortragsreihen und Seminare. Die
Lehrmaterialien für die Umsetzung in der Schule.            bekannte Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“ des Netzwerkes richtet sich an Unternehmen,
                                                            Wissenschaft und Politik und wird von der Geschäftsstelle konzipiert und organisiert.
2. Produkte und Dienstleistungen:
 Veranstaltungen, Konzepte und Beratung
   zur Bionik                                               Gut verständlich aufbereitetes Wissen über die Bionik verbreitet Bionik-Sigma auch in Facharti-
 Geschäftsstelle und Koordination des Bionik-              keln und Veröffentlichungen, wie dem preisgekrönten Buch „Die genialsten Erfindungen der
   Netzwerkes Hessen                                        Natur – Bionik für Kinder“, Sigrid Belzer, S. Fischer Verlag 2010.
 Unternehmensvorträge
 Technologiescout Bionik
 Lesungen, Führungen, Schul-Workshops,                     Abbildung: Farbstoff-Solarzelle, Kinderuni Bionik (Quelle: Bionik-Sigma)
   Lehrkräftefortbildungen und Ferienprogramme
 Erarbeitung von Unterrichtsmaterialien und
   Erstellung von Fachartikeln
 Beratung bei der Konzeption von Ausstellungen
 Handel mit Farbstoff-Solarzellen, Büchern,
   Experimentiermaterialien

3. Einsatzgebiete:
 Produzierende Unternehmen aller Branchen
 Bildungssektor

                                                                                                                                                                  19
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

   Dipl.-Ing. H. Moldenhauer GmbH
   Rödermark

  Adresse            Dipl.-Ing. H. Moldenhauer        Tailored fiber placement (TFP): Faserplatzierung in

                     GmbH
                     Im Brückengarten 9a
                                                      Hauptspannungsrichtung
  		                 63322 Rödermark
  Telefon            +49 (0)6074-1394                 Beschreibung
  Internet           www.tailored-fiber-design.com
                                                      Nach dem Vorbild von natürlichen Faserverbundstrukturen, wie sie zum Beispiel bei Pflanzen,
  Gründungsjahr      1982                             Holz und Knochen zu finden sind, werden Bauteile in Faserverbundbauweise in Bezug auf ma-
                                                      ximale Steifigkeit und höchste Festigkeit optimiert. Die Kurzfasern in Knochen, die sogenann-
  Kontaktperson      Dipl.-Ing. Herbert
                                                      ten Knochenbälkchen, passen sich während ihres Wachstums der Belastungsrichtung an. In
  		                 Moldenhauer
  Telefon            +49 (0)6074-1394                 dieser Orientierung sind die Knochenbälkchen am wenigsten bruchgefährdet und ihre lokalen
  E-Mail             info@tailored-fiber-design.com   Deformationen unter Belastung am geringsten.

                                                      Diese Anpassungsfähigkeit biologischer Strukturen ist auf den Konstruktionsprozess übertrag-
  Kernkompetenz:                                      bar. Wird der Knochen als Bauteil betrachtet, kann numerisch berechnet werden, welcher inne-
                                                      re Spannungszustand aufgrund einer äußeren Belastung besteht. Der Spannungszustand kann
  1. Leistungsspektrum:                               auf verschiedene Weise dargestellt werden, jedoch nur eine Darstellung ist vergleichbar mit der
  Das Ingenieurbüro H. Moldenhauer für FEM-
  Strukturberechnungen und Programmierung             Orientierung der Bälkchen in einem Knochen: der sogenannte Hauptspannungszustand.
  besteht seit 1982. Der Schwerpunkt liegt auf dem    Fasern in Verbundstrukturen sind so zu legen, dass sie den Hauptspannungsrichtungen folgen.
  Sektor der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV). Die     Der Faserverlauf ist dann optimal und maßgeschneidert (tailored fiber placement). Die notwen-
  Firma Dipl.-Ing. H. Moldenhauer GmbH legt für
                                                      dige Voraussetzung zur Berechnung eines optimalen Faserverlaufs ist somit die Berechnung
  Kunden FKV-Bauteile auf optimalen Kraftfluss aus.
                                                      einer Hauptspannungsrichtung, die mit den Finite-Elemente-Methode (FEM)-Programme (zum
  2. Produkte und Dienstleistungen:                   Beispiel Abaqus, Ansys, Marc, Nastran etc.) möglich ist. Durch Integration dieser Richtung wer-
   CAIOShell: Softwareprogramm zur Auslegung         den Hauptspannungslinien mittels des Programms CAIOShell (Computer Aided Internal Opti-
     optimierter Faserverläufe in Schalenstrukturen
   CAIOLoadpath: Softwareprogramm zur Visuali-       mization) berechnet, die den optimalen Faserverlauf repräsentieren. Im Allgemeinen besteht
     sierung von Kraftflüssen und Anwendung der       die Optimierung aus CAIO-Faserverläufen, die auf eine Basisschicht aufgestickt werden. Die
     Lastpfadmethode auf 2D- und 3D-Strukturen.       CAIO-Muster beinhalten genaue XYZ-Koordinaten für Stickautomaten (BMBF BIOTEX-Projekt
   CAO: Softwareprogramm zur Formoptimierung
                                                      03X1000L).
     (nach Prof. C. Mattheck)
   SKO: Softwareprogramm zur Topologieoptimie-
     rung (nach Prof. C. Mattheck)                    Abbildungen:
                                                      Bild links (Logo): Rovings längs der Hauptspannungsrichtungen S1 und S2 in einem Bootsrumpf unter Wasserdruck.
  3. Einsatzgebiete:                                  (Quelle: Moldenhauer GmbH)
   Automotive                                        Bild Mitte: Flugzeugspant in einem 3-Punkt-Biegeversuch am Institut für Flugzeugbau Stuttgart (IFB), Prüfaufbau. (Quelle: Institut für
   Luft- und Raumfahrt                               Flugzeugbau Stuttgart (IFB), Universität Stuttgart). Anwendung von CAIO zur Auslegung optimierter Faserverläufe in Schalenstrukturen. (Quelle:
                                                      Moldenhauer GmbH) 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.
                                                      (Quelle: Moldenhauer GmbH)

   20
Bionik   Kompetenzmatrix      Kompetenzprofile     Netzwerke & Organisationen      Förderprogramme   Bildungsangebote   Literatur

 DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH
 Neu-Isenburg

Adresse            DuPont de Nemours                     Kunststoffe für Bionik-Handprothese
		                 (Deutschland) GmbH
		                 Hugenottenallee 175                   Beschreibung
		                 63263 Neu-Isenburg                    Die i-LIMB Hand des schottischen Bionik-Spezialisten Touch Bionics (Edinburgh) ist eine neuar-
Telefon            +49 (0)6102-18-0                      tige Prothese, die aussieht wie eine menschliche Hand und sich auch so anfühlt. Möglich wurde
Telefax            +49 (0)6102-18-1224
Internet           www.plastics.dupont.com
                                                         diese revolutionäre Prothese durch den Einsatz neuester Materialien und Konstruktionstechni-
                                                         ken. So verwendet der Hersteller beispielsweise für insgesamt 33 Komponenten der Kunsthand
Mitarbeiter        über 1.000 in Deutschland             – darunter die einzelnen Fingerglieder und das Gehäuse für die Steuerung – einen besonders
Gründungsjahr      1961
                                                         robusten und leichten Typ des Hochleistungspolyamids Zytel® HTN von DuPont. Auf Grund des
Kontaktperson      Frau Fulya Palakaya-Klören            eingeschränkten Bauraums für die Mechanik der Prothesen benötigte Touch Bionics einen
Telefon            +49 (0)2104-494856                    hochfesten und steifen Werkstoff, dessen E-Modul mit dem eines menschlichen Knochens ver-
Telefax            +49 (0)2104-494857                    gleichbar ist (15 bis 16 Gigapascal). Zudem waren hohe Schlagzähigkeit und Oberflächenquali-
E-Mail             fulya.palakaya@dupont.com
                                                         tät 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 Prothe-
Kernkompetenz:                                           senträger völlig neue Griffmuster. Mit dieser neuen Fingerfertigkeit ist der Benutzer in der
1. Leistungsspektrum:                                    Lage, bis zu 90 Prozent aller im Alltag wichtigen Bewegungen auszuführen.
DuPont ist eines der weltweit größten Unterneh-
                                                         (Quelle: DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH veröffentlicht in materialNews 21.6.2007)
men der chemischen Industrie. Neu-Isenburg ist
einer von vier deutschen Standorten.
                                                         Weitere Informationen
2. Produkte und Dienstleistungen:                        www.plastics.dupont.com/plastics/pdflit/europe/design/ed0702e05.pdf
 Tiernahrung und Krankheitsschutz                       www.touchbionics.com/newsevents/latest-news/2006/10/
 Bekleidung und Textilien                               new-details-of-revolutionary-bionic-hand-technology-revealed
 Chemikalien, Gemische und Lösungen
 Verbundwerkstoffe, Zwischenlagen und
   Laminate                                              Abbildung: i-Limb Hand (Quelle: DuPont/Bionic)
 Baumaterialien
 Beratungsdienstleistungen und Prozess-
   technologien
 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

3. Einsatzgebiete:
 Konsumgüterindustrie
 Kunststoff-, Chemie-, Agro- und Papierindustrie
 Beschichtungs- sowie die Klebstoff- und
   Dichtungsindustrie und andere
                                                                                                                                                                       21
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

   EDAG Engineering GmbH
   Wiesbaden

  Adresse             EDAG Engineering GmbH              Competence Center bei EDAG für Leichtbau, Werkstoffe und
  		                  Kreuzberger Ring 40
  		                  65205 Wiesbaden                    Technologien
  Telefon             +49 (0)611-7375-0
  Telefax             +49 (0)611-7375-265                Der Bionik wird besondere Rechnung getragen durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit
  Internet            www.edag.com
                                                         von Engineering- und Fertigungsspezialisten mit dem Design als Impulsgeber
  Mitarbeiter         7.900
  Gründungsjahr       1969                               Beschreibung
                                                         EDAG beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit angewandter Bionik im Engineering, sei es
  Kontaktperson       Dr.-Ing. Martin Hillebrecht
  Telefon             +49 (0)661-6000255                 im Rahmen eigener Studien oder bei vertraulichen Kundenprojekten. Als Beispiel sei ein topo-
  Telefax             +49 (0)661-112524                  logieoptimierter A-Säulen-Knoten aus dünnwandigem Stahlguss genannt. Dieser hochfeste
  E-Mail              martin.hillebrecht@edag.de         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 kön-
  Kernkompetenz:                                         nen unsere Designer bionische Konzepte herleiten und mögliche Produktanwendungen um-
                                                         setzen: Vom Analysieren der Lastfälle und der Funktionen über die topologische Optimierung
  1. Leistungsspektrum:
  EDAG ist der führende und unabhängige Entwick-         mittels Computer Aided Engineering (CAE) bis hin zur fertigungsgerechten Gestaltung und dem
  ler für die Mobilität der Zukunft. Die Expertise ist   Abgleich mit Wissensträgern der Biologie. Insbesondere die generativen Herstellungsverfah-
  die Entwicklung kompletter Fahrzeuge, Module           ren, zu denen wir als Modell- und Prototypenbauer bereits eine gute Beziehung haben, bieten
  und Produktionsanlagen. EDAG arbeitet nach dem
                                                         in der Bionik ein großes Potenzial. Das neueste Concept Car „EDAG Light Cocoon“und die Bei-
  Prinzip der „fertigungsoptimierten Lösung“, das
  heißt, dass Entwicklungsergebnisse auch stets auf      spiele "Bionischer Spaceframe" sowie "GenLight" sind gute Beispiele für diese Potenziale und
  die Anforderung der Produktion abgestimmt              sollen einen Paradigmenwechsel auf dem Weg zum Leichtbau 2.0 einleiten.
  werden.

                                                         Abbildung links: Funktionsdemonstrator von EDAG auf der IAA 2015: Generative Fertigung von ultraleichten multifunktionalen Kom-
  2. Produkte und Dienstleistungen:
                                                         ponenten am Beispiel PKW Scheinwerfer (GenLight): Die Vision von EDAG ist die werkzeuglose Fertigung von komplexen Strukturen
   Komplettentwicklung von Fahrzeugen und
                                                         mit unerreichter Gestaltungsfreiheit und maximalem Leichtbaupotenzial für kleine Serien. GenLight verfolgt das Ziel, mittels einer bio-
     Modulen
                                                         nischen 3D-gedruckten Kühlstruktur die Lichtleistung der LEDs und die Leistungsfähigkeit des Systems zu erhöhen. (Quelle: EDAG En-
   Komplettentwicklung von Produktionsanlagen
                                                         gineering GmbH)
   Kleinserienfertigung (Prototypen, Werkzeug-
     und Karosseriesysteme)
                                                         Abbildung rechts: Demonstrator auf der IAA Frankfurt 2015: Gemeinsam mit Laser Zentrum Nord, Concept Laser und BLM zeigt EDAG
   Competence Center „Leichtbau, Werkstoffe und
                                                         mit einem bionisch optimierten Spaceframe ein innovatives flexibles Karosseriekonzept. Das Potenzial liegt in der Kombination von
     Technologie“
                                                         lasergenerativ gefertigten Knoten und laser-endenbearbeiteten Profilen. Basis ist der „EDAG Light Cocoon - Von der Natur inspiriert.
   Competence Center „Elektromobilität”
                                                         Generativ gefertigt. Ultimativ leicht und nachhaltig." Der „EDAG Light Cocoon“ ist ein visionäres Fahrzeug-Leichtbaukonzept mit bionisch
   Competence Center „Car-IT"
                                                         optimierten und generativ gefertigten (3D-Druck) Fahrzeugstrukturbauteilen. Die skelettartige, organische Fahrzeugstruktur ist extrem
   Designstudio sowie Modell- und Prototypenbau
                                                         leicht, materialminimiert und erfüllt alle statischen und dynamischen Bauteilanforderungen. Die Außenhaut besteht aus einem High-
                                                         Tech Textil, eines der leichtesten Oberflächenmaterialien. (Quelle: EDAG Engineering GmbH)
  3. Einsatzgebiete:
   Automobilentwicklung und -produktion
   Leichtbauproduktionstechnologie
   Elektromobilität, Car-IT

   22
Bionik   Kompetenzmatrix       Kompetenzprofile       Netzwerke & Organisationen        Förderprogramme         Bildungsangebote        Literatur

 Evonik Industries AG
 Servicebereich Verfahrenstechnik & Engineering / Hanau-Wolfgang

Adresse            Evonik Industries AG                Antifouling-Anstriche
		                 Rodenbacher Chaussee 4
		                 63457 Hanau-Wolfgang                Beschreibung
Telefon            +49 (0)6181-590                     Evonik Industries AG setzt in einigen innovativen Projekten auf die Bionik. Der Servicebereich
Telefax            +49 (0)6181-593030                  Verfahrenstechnik & Engineering und der Geschäftsbereich Inorganic Materials der Evonik In-
Internet           www.evonik.com
                                                       dustries AG in Hanau haben in der Vergangenheit im Rahmen eines BMBF-Projektes an Additi-
Mitarbeiter        33.000                              ven gearbeitet, mit denen natürliche, ungiftige Aktivstoffe durch Mikroverkapselung in han-
Gründungsjahr      2007                                delsübliche Schiffslacke eingebunden werden sollten und mit denen die Lackoberfläche
                                                       zusätzlich gezielt strukturiert werden kann. Als Vorbild aus der Natur orientiert sich das Projekt
Kontaktperson      Dr. Juri Tschernjaew
Telefon            +49 (0)6181-595461                  dabei an Delphinen und Haien, deren spezielle Hautoberflächen das Anwachsen von Biofilmen
Telefax            +49 (0)6181-5975461                 verhindert. Ein anderes Vorbild war ein im Meer lebender Schwamm, der den Bewuchs mit
E-Mail             juri.tschernjaew@evonik.com         natürlichen Aktivstoffen abwehrt.

                                                       Die Ergebnisse des BMBF-Projektes waren Lackformulierungen mit nachweislicher Antifouling-
Kernkompetenz:                                         Wirkung. Aufgrund des momentanen technologischen Stand können diese Formulierungen
                                                       noch nicht wirtschaftlich hergestellt werden.
1. Leistungsspektrum:
Evonik ist eines der weltweit größten Unterneh-
men der Spezialchemie. Innerhalb des Industrie-        Weitere Informationen:
parks Hanau betreibt Evonik ein innovatives            http://content.media.cebit.de/media/000081/0081125ger.pdf
Produktions- und Forschungszentrum für Material-
technologie, Chemie und Pharma.
                                                       Abbildung: Testplatte links mit Antifouling-Wirkung; Testplatte rechts ohne Antifouling-Wirkung. (Quelle: Evonik Industries AG)
2. Produkte und Dienstleistungen:
 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 (Hochleistungs-
   materialien)
 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
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen

   Hochschule Darmstadt - Institut für Industrie-Design (IFID)
   Darmstadt

  Adresse              Hochschule Darmstadt –           Baustellenanschlagpunkte, Emergency Airdrop System und

                       Institut für Industrie-Design
                       Eugen-Bracht-Weg 6
                                                        Ornithopterstudie
  		                   64287 Darmstadt
  Telefon              +49 (0)6151-8331                 Beschreibung
  Telefax              +49 (0)6151-8940
  Internet             www.ifid-da.de
                                                        Studenten und wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Industriedesign haben bereits
                                                        mehrfach Projektideen ausgearbeitet, die einen bionischen Hintergrund haben. Beispielhaft
  Mitarbeiter          8                                werden drei Projekte vorgestellt:
  Gründungsjahr        2009

  Kontaktperson        Prof. Tom Philipps               SIGECCO ist ein System von mobilen Anschlagpunkten und weiteren Anschlagmitteln, das die
  Telefon              +49 (0)171-5123993               temporäre Einrichtung und die Unterhaltung von Versorgungsstrukturen auf einer Baustelle
  E-Mail               tom.philipps@ifid-da.de          ermöglicht. Strangbündel für Drehstrom, Wasser, Gas und Kommunikation, Baustromverteiler
                                                        und Baustellenbeleuchtung können auf eine sehr einfache und schnell handhabbare Art, rück-
                                                        standsfrei und ohne weitere Hilfsmittel an Wänden und Decken befestigt werden. Die reversib-
                                                        le Haftung erfolgt durch Nano-Haftplatten und durch eine biomimetisch inspirierte Methode
  Kernkompetenz:                                        zum Fixieren, Lösen und Umsetzen der Anschlagpunkte.
  1. Leistungsspektrum:
  Das IFID ist eine wissenschaftliche Einrichtung des   Das EMERGENCY AIRDROP SYSTEM ist ein neu entwickeltes Hilfsgut-Abwurf-System, das die
  Fachbereichs Gestaltung/ Studiengang Industrie-       Fähigkeit des passiven Fliegens nach dem Vorbild von Flügelsamen nutzt. Das zentrale Ele-
  Design der Hochschule Darmstadt. Es fördert die
                                                        ment, der Gütercontainer, befindet sich im Zentrum der Flügelkonstruktion. Durch das Gewicht
  Gewinnung wissenschaftlicher und gestalterischer
  Erkenntnisse sowie die wissenschaftliche und          des Containers innerhalb des Systems wird das Zusammenfalten der Flügel ermöglicht und
  gestalterische Grundlegung und Weiterentwick-         eine optimale Transportsituation geschaffen. Beim Abwurf der Güter entfalten sich die Flügel
  lung von Lehre und Studium auf dem Gebiet des         aufgrund des nun freien Raumes. Das System wird sofort in Autorotation versetzt, so dass Auf-
  Industrie-Designs.
                                                        trieb erzeugt und der Aufprall verringert wird.
  2. Produkte und Dienstleistungen:
   Lehre                                               MILAN ist eine Ornithopterstudie (Flugschlagapparat), die auf einer Material-Machbarkeitsstu-
   Forschung
                                                        die aufbaut. Eine auf einem Exoskelett basierende Konstruktion zitiert die zukünftigen Möglich-
   FuE-Projekte
   Entwicklung neuer Methoden und Modelle              keiten und Optionen der Nanotubes-Technologie. Mit Hilfe von Carbon-Nanotubes-Muskeln
                                                        könnte die komplizierte Bewegungsabfolge eines Flügelschlags, unter Berücksichtigung der
  3. Einsatzgebiete:                                    dynamischen Belastungen und der notwendigen Leichtbauvorgaben, nachempfunden werden.
   Elektromobilität
   Medizintechnik
                                                        Diese konsequente Verbindung aus Leichtbau, modernsten Materialien und einer effektiven
                                                        Energieversorgung ermöglicht es zukünftig, ein Fluggerät zu erstellen, welches den lang er-
                                                        sehnten Menschheitstraum vom „Fliegen wie ein Vogel“ erfüllen kann.

                                                        Weitere Informationen
                                                        www.ifid-da.de

                                                        Abbildung oben links: Ornitopterstudie „Milan”; Abbildung oben rechts: Emergency Airdrop System; Abbildung unten links:
                                                        Anschlagspunkt Sigecco (Quelle: Prof. Tom Philipps)

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