Bionik Aktuelle Trends und zukünftige Potenziale - Institut für ...

Je mehr sich allerdings die Forschungen zum Zusammenhang von
Struktur und Funktion vom makroskopischen in den mikroskopischen,
bis hinein in den Nanobereich verlagerten, desto größer wurden die
fertigungstechnischen Umsetzungsprobleme. Sie gehören heute zu den
wichtigsten Restriktionen für weit reichende Innovationen in diesem
Feld. Hochinteressante Entdeckungen, bspw. aus den Bereichen der
Oberflächenstrukturierung und der funktionalisierten Grenzflächen
in biologischen Systemen (wie u. a. Haihaut/Ribletfolie, Lotuseffekt
und Antifouling) können bisher nicht fertigungstechnisch umgesetzt
werden, so dass die Qualität des technischen Produkts mit der des natürlichen
Vorbilds vergleichbar wäre. Bei diesen Beispielen ist aber die
technische Umsetzungsqualität für die erwünschte Funktionalität und
damit auch für den Innovationserfolg definitiv entscheidend.
Für die Fertigung mikro- bzw. nanostrukturierter Oberflächen und
erst Recht für die Herstellung hierarchisch strukturierter biologischer
Materialien nach dem Vorbild der Natur, wie z. B. Knochen, Zähne,
Perlmutt oder Spinnenseide, wird eine grundlegende Veränderung
unseres Produktionsparadigmas unvermeidbar sein. Wurde im ersten
Fertigungsparadigma aus einem vorgegebenen Material (bspw. Stein
oder Holz) eine Form herausgeschnitten, so wurde im darauf folgenden
Paradigma zunächst der Werkstoff (bspw. Metalle oder Beton)
homogenisiert und dann in eine Form gegossen bzw. in From gepresst.
Hierarchisch strukturierte Materialien sind aber auf diese Weise nicht
zu realisieren, hierfür ist ein drittes Fertigungsparadigma nötig, das
„Wachsen lassen“. Für die Herstellung von hierarchisch strukturierten
Materialien dürften nur Selbstorganisationsprozesse weiterhelfen, das
bionische Lernen kann sich nicht mehr nur an der Form, sondern muss
sich auch am biologischen Prozess ihrer Entstehung orientieren, also
an biologischen Entwicklungs- bzw. Wachstumsprozessen. Entsprechende
technologische Perspektiven können sich im dritten Strang der
Bionik mit den „Bottom-up“-Nanotechnologien eröffnen.
Signal- und Informationsverarbeitung, Biokybernetik, Sensorik
und Robotik
Während sich der erste Strang um den Zusammenhang zwischen Form
und Funktion dreht, ist für den zweiten Strang der kybernetische Regelkreis
charakteristisch. Ähnlich wie in der Technischen Biologie
standen zunächst aus der Technik entlehnte Modelle zur Erklärung
„biologischer“ Phänomene Pate. Die grundlegenden Ansätze und Modelle
der Biokybernetik, Sinnes- und Neurophysiologie sowie der
Ökosystemtheorie wurden zunächst in biologiefernen technischen Bereichen
wie der Elektrotechnik entwickelt (Schwingkreise, Rückkopp-
bionik – Trends und Potenziale | 191
6.1 Bioniktrends
Fertigungstechnische
Umsetzungsprobleme
Änderung des
Produktionsparadigmas
Der zweite Hauptentwicklungsstrang:
Signal- und Informationsverarbeitung,
Biokybernetik,
Sensorik und Robotik
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