Kompetenzatlas Bionik in Hessen - Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de
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Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de 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
Seite 40 rechts: ©fotolia/Franck Boston
Internet: www.htai.de, www.hessen-nanotech.de Seite 41: ©fotolia/jim
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www.hessen-nanotech.de Seite 43 links: ©fotolia/Smileus
Seite 43 rechts: ©fotolia/Volker Witt
Seite 44 links: ©fotolia/psdesign1
1. Auflage März 2014 Seite 44 rechts: ©fotolia/adimas
2., überarbeitete Auflage November 2015 Seite 46: ©fotolia/Jörg Hackemann
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Seite 48 rechts: Bionik-Sigma (Fotografin: Beate Köhler)
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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.
2
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
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen
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
› Kompetenzatlas Bionik in Hessen
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
6
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
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- Ober-/Grenzflächen
teams können unter Umständen völlig neue und unerwartete Lösun- Molekulare Bionik/Nanomaterialien
gen erarbeiten, die bei einer rein technischen Betrachtung nicht
zustande gekommen wären. Bewegung:
Adaptronik
Die Biologie liefert aufgrund der Millionen von Jahren dauernden Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)
Evolution der Organismen hervorragende Lösungsideen. In der Natur Optimierung
können sich diejenigen Arten erfolgreich durchsetzen, die am besten Automatisierung
an ihren jeweiligen Lebensraum angepasst sind. Da diese Anforde- Robotik/Mechatronik
rungen sehr unterschiedlich und zum Teil veränderlich sind, entste- Sensorik/Kommunikation
hen optimierte Formen, Strukturen, Materialien und Strategien.
Konstruktion:
Die technische Umsetzung dieser Prinzipien erschließt neue Chancen Leichtbau
und Lösungsansätze in vielen Anwendungsfeldern, wie Optimierung (CAO/SKO)
Architektur/Bauen/Planen
Materialien und Strukturen Design/Formgestaltung
Formgestaltung und Design Falten
Konstruktion und Geräte
Bau und Klimatisierung Andere:
Robotik und Lokomotion Lärmreduktion
Sensoren und neuronale Steuerung Energie(-bionik)
Anthropo- und biomedizinische Technik Anthropo- und biomedizinische Technik
Verfahren und Abläufe Organisations- und Wirtschaftsbionik
Evolution und Optimierung Biomechanik
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-
Ressourcen- und Energieeffizienz men in Hessen ableiten.
Multifunktionalität
Selbstorganisation, Selbstreparatur, Selbstreinigung
8
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
Regionale Verteilung von Bionik-Kompetenzen in Hessen
Marburg
Fulda
Herborn
Gießen
Ober-Mörlen
Frankfurt
Rüsselsheim
Darmstadt
10Bionik 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.
12Bionik 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
16Bionik 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
18Bionik 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)
20Bionik 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
22Bionik 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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