Erklärung

Bionik wird auch als Biomimikri, -mimetik oder -mimese bezeichnet und bezeichnet die Übertragung von Naturphänomenen auf Technik.

Laut VDI werden „Forschungs- und Entwicklungsansätze (...), die ein technisches Anwendungsinteresse verfolgen“, zentrales Element ist der „Gedanke der Übertragung von der Biologie zur Technik“ (1). Zu berücksichtigen gilt, dass es nicht darum geht Natur 1:1 zu kopieren (was generell auch nur sehr schwer möglich ist, denn über Millionen von Jahren optimierten Materialien und Strukturen technisch umzusetzen ist meist ein weiter Weg), sondern darum systematische Lösungen und Innovationspotenziale, sowie zugrundeliegende physikalische oder chemische Wirkprinzipien zu erkennen.


Bereits im 16. Jh erfand Leonardo da Vinci in Anlehnung an die Natur Flugmaschinen.

Der Name „Bionics“ wurde aber erst 1960 von Jack E. Steele eingeführt und etabliert. Insbesondere in Deutschland führte die Bionik als etablierte Innovationsmethode zu einer Vielzahl von Neuentwicklungen und Produktoptimierungen.

Ziel

Ziel der Bionik ist es technische Fragestellungen und Probleme zu lösen, indem man Erkenntnisse aus der Biologie abstrahiert, transferiert und auf Technik anwendet.

Vorgehen

„top-down-Prozess“ in der Analog-Bionik:

Hier hat man ein Problem, dessen Lösung man anhand von Analogien der Natur sucht. Diese Analogien werden analysiert und auf das technische Problem transferiert und angepasst


„bottom-up-Prozess“ in der Abstraktionsbionik:

Auf der anderen Seite werden in der biologischen Grundlagenforschung bestimmte Prinzipien in der Natur gezielt oder auch unbewusst, entdeckt und im Anschluss abstrahiert. Dadurch werden mögliche Lösungen gefunden, für die es noch „Problem“, also keine direkte technische Anwendung gibt.


In der Bionik gibt es aufgrund des hohen Forschungsaufwands und des Spezialisierungsbedarfs der Beteiligten sehr viele Subkategorien, wie:

Evolutionsbionik
Nutzung biologischer Evolutionsstrategien in der Technik für Verbesserung und Optimierung technischer Systeme und Verfahrenstechniken

Baubionik

Nutzung natürlicher, recycelbarer Baumaterialien, die auch in der Biologie verwendet werden z.B.  zur Konstruktion technischer Leichtbauten

Sensorbionik
Entwicklung hochsensibler Sensor-, Ortungs- und Orientierungssysteme durch Umsetzung von Konstruktionsprinzipien biologischer Sensoren und Nerven

Konstruktionsbionik
Analyse und Vergleich der Konstruktionselemente und Funktionsmechanismen der oft multifunktionellen Konstruktionen in der Natur. Untersuchung  der Anwendungsmöglichkeiten biologischer Lösungen zur Adaption in der Technik  (z.B. Leichtbaustrukturen aus der Natur übertragen)

Verfahrensbionik
Untersuchung von Steuerung und Ablauf komplexer biologischer Prozesse und deren Übertragungsmöglichkeit in die Technik

Neurobionik
Untersuchung von Informationsübertragungen im Bereich der Neurobiologie und der biologischen Kybernetik. Ziel ist die Weiterentwicklung von Steuerungen und Informationsverarbeitung. Die Neurobionik verbindet die Neurobiologie mit der Medizintechnik.

Bewegungsbionik
Untersuchung der Strömungs-Anpassungen von schwimmenden und fliegenden Tieren, ihrer Antriebsmechanismen und deren mechanischer Wirkungsgrade. Ziel ist die Verbesserung technischer Konstruktionen (z.B. Aerodynamik bei Flugzeugen und Automobilen)

Gerätebionik
Entwicklung von in der Technik einsetzbaren Maschinen, d.h. von Erfindungen, die auf Vorbildern aus der Natur basieren

Anthropobionik
Verbesserung von Mensch-Maschine-Interaktionen

Strukturbionik
Untersuchung und Vergleich biologischer Materialien, Strukturen und Formbildungsprozesse auf Anwendungsmöglichkeiten in der Technik

Klima- und Energiebionik
Energieeinsparung und höherer Wohnkomfort durch passive Lüftung durch poröse Materialien, Kühlung durch spezielle Luftführung und Heizung in Anlehnung an die bei Tierbauten verwirklichten Prinzipien

Bionik bietet unglaublich großes Potenzial, weil die Natur Gegebenheiten durch Evolutionsprozesse z.B. an Extremsituationen perfekt anpassen konnte (Bakterien, die an Black Smokers leben, Bäume, die Waldbrände überleben, Würmer, die Tiefkühlphasen überleben, etc.)

Tipp

  • Bionik ist nicht dazu gedacht, technische Entwicklungen oder eigenes konstruieren zu ersetzen, sondern bietet einen gigantischen, analog umgesetzten Ideenpool als Lösungsansatz technischer Problemstellungen oder Innovationen. 
  • „Bionics“ im englischen Sprachraum bedeutet nicht das selbe, wie im deutschen Gebrauch. Der Begriff Bionik bedeutet im Englischen eher „biomimicry“ oder „biomimetics“. „Bionics“ beschränkt sich meist auf die Kombination von Biologie und Elektronik (Cyborg). 

Quellen

https://de.wikipedia.org/wiki/Bionik


Studienarbeiten:

Carbonrad - Hanhues - Rajca - Li - WS 09/10

Bionik - Reitwiesner - Rössler - SS 04

Carbonrad - Büttner - Heim - Helmer - WS 09/10

Dreirad - Gräbner - Stuhler - Spaderna - WS 13/14

Beispiele