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, sodass die Qualität mit der
des jeweiligen natürlichen Vorbildes vergleichbar wäre. Bei diesen
Beispielen ist aber die technische Umsetzungsqualität für die erwünschte
Funktionalität und damit auch für den Innovationserfolg
definitiv entscheidend.
Wenn man sich bspw. die heute auf dem Markt befindlichen technischen
Umsetzungen der Oberfläche eines Lotusblatts unter einem Rasterelektronenmikroskop
genau ansieht, so stellt man fest, dass diese
technisch realisierten Oberflächen noch weit von einer Oberflächenstruktur
entfernt sind, die wie die Oberfläche des Lotusblatts wirken
könnte. Entscheidende Charakteristika, wie die hierarchische Strukturierung
mit Noppen und auf ihnen angesiedelten Wachskristallen,
werden noch nicht erreicht.
Dieser Befund trifft genauso zu auf die hierarchisch strukturierten
biologischen Materialien wie Knochen, Zähne, Perlmutt oder Spinnenseide,
die in jüngerer Zeit mehr und mehr in den Fokus bionischen
Arbeitens geraten. Für die Herstellung solcher Materialien bzw. die
Herstellung von Produkten aus diesen Materialien wird eine grundlegende
Veränderung unseres Produktionsparadigmas unvermeidbar
sein. Die beiden bisher dominierenden Produktionsparadigmen
bestanden zum einen darin, aus einem vorgegebenen Materialblock
(bspw. Stein oder Holz) eine Form herauszumeißeln. Im darauf folgenden
Paradigma wurde zunächst der Werkstoff (bspw. Metalle oder
Beton) homogenisiert und dann in eine Form gegossen oder ihm eine
Form aufgeprägt. Hierarchisch strukturierte Materialien sind aber auf
diese Weise nicht zu realisieren.
Für die Herstellung von hierarchisch strukturierten Materialien
dürften nur Selbstorganisationsprozesse weiter helfen, die sich nicht
nur an der biologischen Form, sondern auch am Prozess ihrer Entstehung,
also an biologischen Entwicklungs- bzw. Wachstumsprozessen
selbst orientieren. Sollte dies gelingen, würden sich auch gleich weitere
erstrebenswerte Eigenschaften von „smart materials“ erschließen
lassen, bspw. die Fähigkeit zur Selbstheilung und die Fähigkeit zur
2 . 2 Drei Hauptentwicklungsstränge der Bionik
bionik – Trends und Potenziale | 21
Fertigungstechnische
Umsetzungsprobleme
Beispiel Lotusblatt
Veränderung des
Produktionsparadigmas
Selbstorganisation
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