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11.08.2016

Bionischer Leichtbau mit Algen als Vorbild

Neue VDI-Ingenieurgeschichte mit Sebastian Möller

Sie sind zwar mikroskopisch klein, könnten aber schon bald einen großen Einfluss auf den Leichtbau haben: Kieselalgen. Um Photosynthese nahe der Meeresoberfläche betreiben und sich gleichzeitig vor Fressfeinden schützen zu können, haben diese Kleinstorganismen in Jahrmillionen ebenso leichte wie robuste Schalenstrukturen gebildet. Sie dienen dem Bioniker Sebastian Möller als Inspiration für effizientere Produkte – vom Auto bis zum Staubsauger.

Der Bioniker Sebastian Möller setzt auf die Ingenieurskunst der Natur, um effizientere, d.h. vor allem leichtere Produkt zu entwickeln. | © VDI/Fabian Stürtz

Über 90.000 Kieselalgen-Arten lagern in der Sammlung des Instituts in Bremerhaven – einzigartige, belastbare Konstruktionen aus Waben und Streben, in denen nicht ein Nanogramm Material zu viel steckt. Doch wie wird aus den Bauplänen der Natur ein leichteres Produkt? »Wir nutzen den ELiSE-Produktentstehungsprozess «, erklärt er.

Im Labor untersucht Möller mikroskopisch kleine Strukturen von Kieselalgen, die sich in Jahrmillionen herausgebildet haben. | © VDI

»Dabei schauen wir zunächst, welchen Belastungen ein ganzes Bauteil oder eine Struktur ausgesetzt ist und suchen dann in unserer Datenbank nach natürlichen Vorbildstrukturen.« Anschließend geht es darum, zu verstehen, welche Lösungen die Natur für einzelne Belastungszonen gefunden hat. Die so identifizierten Prinzipien werden auf das technische Bauteil übertragen und weiter optimiert.

»Anders als der Mensch ist die Natur eher bereit, Neues auszuprobieren.«

Welches Potenzial sich im bionischen Leichtbau verbirgt, demonstriert das einzigartige und ultraleichte ›Bionic Bike‹. Das Aluminium-Falt-Fahrrad wurde bewusst nicht für klassische Guss- oder Schweißkonstruktionen entwickelt, sondern für den 3D-Metalldruck. »Organische Strukturen lassen sich so deutlich besser umsetzen«, klärt Sebastian auf. »Typischerweise werden Fahrräder verschweißt. Dank des 3D-Drucks sind beim Bionic Bike sehr geschwungene Formen möglich. Es gibt keine konstanten Wandstärken und Durchmesser.«

Das ›Bionic Bike‹ spart durch strukturelle Optimierung drei Kilogramm Gewicht ein. | © VDI

Dadurch kommt das Bionic Bike auf gerade mal sieben Kilogramm Gesamtgewicht – drei Kilo weniger als normale Falträder. Im Vergleich zu Leichtbaumaterialien wie faserverstärkten Kunststoffen wird die Gewichtsreduktion hier ausschließlich durch einen sparsameren Einsatz des ursprünglichen Baumaterials erzielt.

Was aber macht die Natur besser als der Mensch? Sebastian glaubt, dass sich der evolutive Erfindergeist in einem Punkt besonders vom Menschen unterscheidet: »Die Natur hat viele Lösungen hervorgebracht und wieder verworfen. Der Mensch entwickelt viele Lösungen, aber tut sich schwer, einen einmal eingeschlagenen Weg wieder zu verlassen.« Ob von Menschen oder von der Natur geschaffene Systeme, schon als Kind interessierten Sebastian beide Seiten der Bionik – sprich Biologie und Technik.

Mit neuen generativen Fertigungsverfahren lassen sich organische, geschwungene Formen deutlich besser realisieren. | © VDI

»Selbst so etwas einfaches wie eine Wasserpumpe im Garten konnte mich faszinieren«, erinnert sich Sebastian. »Genauso stand ich gerne mit Gummistiefeln im Fluss und habe die Fische beobachtet, die vorbeigeschwommen sind.« Ein Hobby, dem der begeisterte Free-Diver inzwischen in Gewässern rund um den Globus nachgeht. Vor allem als Ausgleich zu seiner Arbeit, aber wer weiß, vielleicht schwimmt ihm dabei auch schon die nächste bionische Zukunftslösung über den Weg.

Weiterführende Information
  • 08.08.2016

    Filigrane Konstruktionen optimal schützen

    Tagung »Leichtbau und Korrosionsschutz« in Wiesbaden

    Leichbau mit Aluminium- und Magnesiumlegierungen oder innovativen Hybridstrukturen braucht robusten Oberflächen- und Korrosionsschutz. Aktuelle Entwicklungen und Herausforderungen thematisiert die Tagung »Korrosionsschutz im Leichtbau« am 27./28. September in Wiesbaden.   mehr

  • 12.07.2016

    Mit Leichtbau-Verbindungen in den Messeherbst

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    Das Trendthema Leichtbau ist einer der zentralen Ansatzpunkte branchenübergreifender Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten. Ejot zeigt im Oktober auf den Messen K und Euroblech innovative Verbindungstechnik, insbesondere für den Leichtbau.   mehr

  • 16.02.2016

    Wie Kohlefaser eine mobile Satellitenschüssel noch agiler macht

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Unternehmensinformation

VDI Verein Deutscher Ingenieure e.V

VDI-Platz 1
DE 40468 Düsseldorf

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