Bionik an der Karlsruher Institut für Technologie

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Besondere Eigenschaften der Salvinia-Pflanzen ?

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Begriffe Lokomotion und Robotik ?

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Warum gibt es in der Natur keine Räder (nur Beine) zur Fortbewegung ?

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Anwendungsbeispiele von Optischer Schmetterling Struktur

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Technische Umsetzung des Mottenaugeneffekt

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Heißprägung von Morpho-Strukturen möglich?

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Eigenschaften Gecko

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Kapillareffekt bei Echsen ("Australia's Thorny Devil")

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Annahmen zu Geckos ?

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Kängarusprung

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Additivtechnik - Fischschleim

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Pigmente absorbieren Teile des Lichtspektrums ?

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Bionik

Besondere Eigenschaften der Salvinia-Pflanzen ?

  • Salviniablatt nimmt (Roh-)öl auf
    • Trennung von Wasser & Öl
    • als Nebeneffekt der Struktur
  • fast alles hydrophoben Oberfläche sind auch oleophil

Oleophil => gute Aufnahme von Ölen

  • Hydrophob = Abweisend für polare Flüssigkeiten
  • Oleophil = Nicht-polare Flüssigkeiten werden aufgenommen

Bionik

Begriffe Lokomotion und Robotik ?

Lokomotion

  • Locomotion (lat. locus = Ort, Stelle, motio = Bewegung)

Robotik

  • Robota (tschech.= Arbeit)
  • Einsatz bei gefährlichen Missionen in unwirtlicher Umgebung (Weltraum, Tiefsee, Kriegseinsatz, …)
  • Arbeiten, die schneller & besser als Mensch ausgeführt werden können
  • Haushaltshilfen (Staubsaugerroboter, …)
  • Pflegeroboter

Bionik

Warum gibt es in der Natur keine Räder (nur Beine) zur Fortbewegung ?

Vorteil Bein gegen Rad

  • Geländegängigkeit
    • Übersteigen von störenden Objekten
  • Steigvermögen
    • Treppe bringt bereits ein Radfahrzeug in Schwierigkeiten
  • Manövrierfähigkeit
    • Beinen können in alle Richtungen bewegt werden
  • Transportkosten
    • Radfahrzeug nur dann rentabel, wenn Aufbau & Unterhaltung der Straßen nicht mit einbezogen wird

Bionik

Anwendungsbeispiele von Optischer Schmetterling Struktur

Anmerkung => In Natur oftmals strukturelle Farbe blau, aber bei unterschiedliche Dichte / Struktur auch andere Farben möglich

  • Hochintensiven Farbdisplay für weite Winkel
  • Bildsensoren der nächsten Generation
  • Farbige Fasern & Gewebe
  • Selbstreinigende Beschichtung
  • Sicherheitssysteme (farbige Merkmale, allerdings nur kleine Flächen möglich => Labormaßstab)

Bionik

Technische Umsetzung des Mottenaugeneffekt

  • bereits seit 60er bekannt
    • verschiedene Materialien
    • Kostengünstiges Umsetzten ?!
    • Heute: weitestgehend Multilagen-Systeme
  • poröse Siliciumdioxid-Schicht
    • effektive optische Dichte durch Porösität
  • geprägte Nanstruktur
    •  Stempel um Struktur einzuprägen

  • Nachteil der künstlich hergestellten Oberflächen
    • Nanostruktur => Mechanische Stabilität gegen Kratzer, etc.
    • poröse Schicht => mechanische Stabilität
    • Nanostruktur => Erhöhung der Kontaktfläche => Wasserabweisend, Selbstreinigend und Oleophil => Fett-„liebend“ 

Bionik

Heißprägung von Morpho-Strukturen möglich?

  • nicht möglich, da Strukturen zu fein wären
    • Beim Stempel abziehen würden Strukturen kaputt gehen
  • Möglichkeit
    • besonders weiche Polymere => Einfacher zu lösen
    • Formeinsatz wegätzen mit Lösungsmittel => Polymer soll erhalten bleiben

Bionik

Eigenschaften Gecko

  • starke Haftkräfte
  • vollständig reversibel (schnell)
  • Haftung auf fast allen Oberflächen (auch raue Flächen)
  • Selbstreinigung
  • Abriebbeständig

Bionik

Kapillareffekt bei Echsen ("Australia's Thorny Devil")

  • Echsen nehmen über den Kapillareffekt Flüssigkeit auf
  • Flüssigkeit in Schlamm oder Pfütze => schwierig mit Mund aufzunehmen
    • Feuchtigkeit wird über die Haut / Schuppen aufgenommen
    • Flüssigkeit läuft durch die Kapillare zwischen den Schuppen zum Mund
    • mit bevorzugter Ausrichtung zur Schnauze (Wasseraufnahme)
    • Wasser aus Tau trinken, der auf Rücken fällt

Bionik

Annahmen zu Geckos ?

  • klebrige Sekrete
    • kein Drüsengewebe an Zehen
  • Reibung
    • haften auch auf umgekehrten Flächen
  • Ansaugen
    • haften auch im Vakuum
  • Elektrostatische Anziehung
    • haften auch in ionisierter Luft
  • Microinterlocking
    • haften auch auf molekular glatten SiO2-Wavern
  • Intermolekulare Kräfte
    • Van-der-Waals-Kräfte
    • Kapillarkräfte ?

Bionik

Kängarusprung

  • Während des Sprungs wird beim Aufsetzten keine Energie vernichtet, sondern gespeichert in
    • Sehnen, Muskeln, Knochen (& angeblich im Stoffwechsel)
  • Paradoxon:
    • Sauerstoffverbrauch von Känguru steigt beim schnellen Laufen nur unwesentlich an

Bionik

Additivtechnik - Fischschleim

  • Fisch sondert Schleim ab (z.B. Jagd oder Flucht) & hüllt sich in Additiv-Wolke
  • ständiges Nachliefern von Polymerketten

Einsatz bei NY Feuerwehr => Additive zur Reibungsreduktion

  • mit Polyox => Strahl spritzt weiter (Vorteil bei Hochhäusern)

Heute: Standard bei Öl-Pipelines

Bionik

Pigmente absorbieren Teile des Lichtspektrums ?

Beispiel Chlorophyll (grüne Blätter)

  • Chlorophyll absorbiert Licht im blauen & roten Licht
    • wird für Photosynthese benötgit
  • nur grünes Licht wird „durchgelassen“

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