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Bionik - Referat
Definition des Begriffes Bionik:
Die Bionik verbindet die Fachbereiche Biologie und Technik
Der Mensch nimmt sich die Natur sozusagen als "Vorbild". Es wird nicht einfach so kopiert, sondern alles muss für seinen jeweiligen angedachten Verwendungszweck entsprechend adaptiert werden.
Die Natur ist für vom Menschen entwickelte Technologien deshalb so wichtig, da die Natur bereits sehr viel Zeit und sehr viele Generationen an Tieren und Pflanzen als "Versuchsreihen" hatte.
Die Entwicklung von Winglet und Split-Winglet-Loop:
Pionier der Bionik war Leonardo Da Vinci. Dieser beobachtete den Vogelflug und versuchte auch ihn mittels Flugmaschinen nachzuahmen. Dies misslang ihm, da es nicht nur den Auftrieb, sondern auch den Vortrieb zu berücksichtigen galt.
Um 1900 löste man sich dann von dem Vorbild des Vogels und 1903 flogen die Gebrüder Wright als erste Menschen überhaupt. Sie hoben ab, flogen circa 37m weit und landeten dann wieder.
Durch die Beobachtung des Landvogelflügels hat man mittlerweile erkannt, dass die Tiere die Spitzen ihrer Schwungfedern spreizen und so den Luftwiderstand minimieren. Dieses Prinzip übertrug man dann auf das Verkehrsflugzeug. Die Tragflächenspitzen wurden aufgespalten. Diese nannte man Winglets. Da diese Spitzen aber nur endlich oft teilbar sind, war irgendwann die Grenze erreicht. In einem Versuch den Luftwiderstand noch weiter zu senken entwickelte man den Split-Winglet-Loop. Diese haben den gleichen Effekt wie die Winglets, da es sich quasi um unendlich viele Winglets pro Tragfläche handelt. Durch diese Änderung konnte der Treibstoffverbrauch von Verkehrsflugzeugen um circa 60% reduziert werden.
Der Geckoeffekt:
Ein Gecko wiegt ungefähr ein paar hundert gramm. Das Besondere an ihm ist, dass er senkrechte Flächen hochklettern und sogar kopfüber an der Decke stehen kann. Der Grund dafür sind seine großen Füße. Betrachtet man diese genauer erkennt man, dass ein Gecko an den Zehen "Myriaden" hat. Myriaden sind sehr feine, stark verästelte Härchen aus Keratin. Keratin ist zwar sehr zäh, doch es kann sich den verschiedensten Oberflächen bestens anpassen. Der Grund warum der Gecko an der Decke gehen kann ist der, dass zwischen den Keratinhärchen und der Decke die Van-der-Waals-Kraft wirkt. Diese ist stark räumlich beschränkt und benötigt einen geringen Abstand, sowie eine relativ große Fläche um wirken zu können. Deshalb muss der Gecko seine Füße auch bei jedem Schritt fest aufdrücken, sonst fällt er herunter. In der Bionik findet der Geckoeffekt als bionischer Klebstoff verwendung. Dieser ist, wenn die Oberfläche sauber war, wiederverwendbar und er lässt sich rückstandsfrei entfernen.
Die Haifischhaut:
Betrachtet man Haifischschuppen genauer, erkennt man auf ihnen Längsrillen. Durch diese können sie schneller schwimmen und haben ein Energieersparnis von gut 10%, da so der Reibungswiderstand im Wasser geringer ist. Eingesetzt wird der Effekt auf der Oberfläche von Flugzeugen und U-Booten. Weitere Anwendungen wären Schwimmanzüge für Sportler (diese sind verboten) und Autolack (auch dieser wird nicht verwendet, da den Käufern die dadurch matte Optik missfiel).
Die Schlangenhaut:
Die Schuppen einer Schlange sind so konstruiert, dass das Tier leicht vorwärts kommt, aber gleichzeitig ein Zurückrutschen verhindert wird. Der einzige Verwendungszweck ist aktuell die Art wie Langlaufschier beschichtet werden.
Der Klettverschluss:
Entdeckt wurde er von Georg De Mestral als dieser die Kletten im Fell seines Hundes untersuchte. Das Wirkungsprinzip beruht auf vielen winzig kleinen Härchen welche reversibel (wieder loslösbar) und mehrmals verschiedene Materialien verbinden sollen. Zum EInsatz kommt der Klettverschluss Hauptsächlich bei Bekleidung.
Der Lotuseffekt:
Die Oberfläche eines Lotusblattes ist hydrophob, sprich wasserabweisend. Das bedeutet, dass Wasser die Oberfläche nicht benetzen kann. Die einzelnen Wassertropfen sammeln sich Kugeln zusammen (sie konklomerieren). Wird nun das Blatt minimal bewegt, perlt das Wasser ab und nimmt den sich auf dem Blatt befindenden Schmutz mit. Das Lotusblatt hat also eine sich selbst reinigende Oberfläche. Genutzt wird dieses Wissen für die Konstruktion von Oberflächen welche wasserfrei gehalten werden sollen, Anstriche für Hausmauern und Dächer. Sie waren wie die Haufischhaut auch als Autolack vergesehen, doch der Lack setzte sich ebenfalls wegen seiner matten Optik nicht durch.
Die Eierschale als Verpackung:
Die Bionik wird auch in der Verpackungstechnik verwendet. Hier gibt es strenge Richtlinien. So müssen die Materialien, keimfrei, ungiftig, erdölfrei, aus nachwachsenden Rohnstoffen (wenn möglich) und leicht abbaubar sein.
Die Eierschale wird oft als Verpackung verwendet. Sie besitzt gasdurchlässige Poren und eine vor Bakterien schützende Schleimkapsel unter der Schale. Ihr bionisches Equivalent besteht aus Ethylen welches ebenfalls gasdurchlässig ist und antibakteriell beschichtet wird, quasi ein Biokunststoff.
Die Spinnenseide:
Diese Seide ist besonders reißfest und trotzdem elastisch [im Vergleich zu Stahl (reißfest, nicht elastisch) und Kevlar (nicht reißfest, elastisch)].
Ihre Reißfest entspricht der von 5-fachem Stahl und lässt sich gut 30% dehnen (Kevlar dagegen nur circa 4%). Erst bei - 50°C wird sie spröde. Sie ist biologisch abbaubar und wäre theoretisch sogar essbar. Ihr genetischer Code wurde 2001 erstmals entschlüsselt und man fand heraus, dass sie, je nach Verwendungszweck der Seide, aus verschiedenen Proteinmischungen besteht. Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen. In der Medizin werden künstliche Gelenksbänder und Sehnen und Nähmaterial genutzt. Des weiteren findet man Spinnenseide in Falschirmen, Hängebrückeseilen, dünen Verpackungmaterialien, reißfestem Papier und kugelsicheren Westen.
Der Aufbau eines Knochen:
Ein menschlicher Knochen ist nicht kompakt, sondern er hat mehrere Bälkchen welche, je nach Belastung, verschiedene Dichten aufweisen. Dies ist Ressourcenschonend für den Körper, da es Calzium spart. Der Körper ist außerdem leichter und es muss weniger Energie für Bewegung und den Erhalt aufgebracht werden. Genutzt wird das Prinzip in der Architektur und im Maschinenbau.
Der Termitenbau:
IN manchen Teilen der Erde schwanken die Temperaturen innerhalb von 24 Stunden sehr stark. Während die Nächte sehr kalt sind, ist es tagsüber kochend heiß. Die Termiten haben zu diesem Zweck ein spezielles Belüftungssystem für ihre Kolonien entwickelt. Der Mensch verwendet dieses Prinzip zum Bauen eines Hauses ohne künstliche Klimaanlage. 1997 wurde in Zimbabwe nach diesem Konzept ein Büro- und Einkaufszentrum erbaut.
Die Möglichkeiten der Bionik scheinen unbeschränkt und sind bestimmt noch nicht zur Gänze ausgeschöpft. Durch die dadurch zustandekommende Ressourcenschonung sehe ich in ihr durchaus großes Zukunftspotential.
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