Systemische Bionik → Natur+Technik

Systemische BIONIK – Forschung, Entwicklung (F&E) und nachhaltige Anwendung.

Zur Einführung zwei Beispiele aus klassischer und systemischer Bionik.

 

Beispiel 1

Klassische Bionik-Innovation mit der Fixierung auf bestimmte vorteilhafte Konstruktionsdetails bzw. Prinzipien.

Januar 2013

Farbe ohne Farbstoffe.

Die physikalische Farberzeugung des Morpho-Falters nutzt die Nano- und Mikrostruktur der Schmetterlingsflügel. Im Gegensatz zur technischen – weitgehend chemischen – Farberzeugung durch verschiedene Stoffen wie Farbpigmenten, Aufheller, Glanzbildner etc., mit teils umweltbelastenden, giftigen und gesundheitsschädlichen Wirkungen, kommt die physikalische Farberzeugung ohne jeden Zusatzstoff aus! Letztlich ist es eine Frage der Fertigungstechnik von Nano-Mikro-Strukturen, um unterschiedliche Farben ohne Farbstoffe zu erzeugen.

 

Färben ohne Farbstoff

 

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Beispiel 2

Systemischer Bionik-Innovation mit vernetzten Prinzipien für nachhaltige Produkte und Verfahren.

Januar 2013

Vernetzte Materialkreisläufe ohne “Abfall”.

Jahr für Jahr leistet das hochgradig vernetzte Material-Management der Natur Unvorstellbares. Myriaden von Lebewesen beteiligen sich an einer Materialverarbeitung, die nicht nur 150 und mehr Milliarden Tonnen Biomasse/a verarbeitet, sondern diese Leistung auch noch ohne jeden Verlust an “Abfall” vollbringt.

Die Menge an Biomasse/Jahr entspricht ungefähr dem 500 fachen, weltweiten der Menge an Kunststoffen/Jahr.

Segen und Fluch von Kunststoffen.

Kunststoffe sind inzwischen aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Sie sind nützliche Helfer in fast jeder Lebenslage. Sie sind leicht, hart, elastisch, bruchfest, hauchdünn und langlebig (persistent). Hundert Jahre und mehr können Kunststoffe in unserer Umwelt erhalten bleiben.

Aber zugleich bergen Kunststoffe  immense Probleme für die Natur und unseren eigenen Fortbestand – trotz oder wegen ihrer weltweiten Verbreitung. Erkennbar ist diese negative Seite der Stoff- bzw. Materialverarbeitung durch uns an den zunehmenden “gelben Säcken” voll von Kunststoffen und bedenklichen Zusatzstoffen vor der Haustür oder auf den Hinterhöfen von Handelsunternehmen.

Der negative “Gipfel” der Kunststoffe zeigt sich in riesigen, mehrere 1000 Km2 großen “Abfall”-Strudeln im Nordpazifik und an vielen Badestränden. Kunststoffgranulate in der Größenordnung von Mikrometern gelangen in die Mägen von Fischen, die gefangen, verarbeitet, verkauft und von uns verzehrt werden!

Auch dieser Materialkreislauf ist die Folge unseres technischen – dem vorrangig ökonomischen Fortschritt geschuldeten – Umgangs mit Materialien!

Wenig ist mehr!

Der evolutionäre Wachstumsprozess der Natur zeigt uns auch hier, wie elegant und effizient mit Materialien umgegangen werden kann, und wie wir die erkennbaren natürlichen Prinzipien dieser Materialwirtschaft auch zu unserem nachhaltigen Vorteil nutzen können.

Dabei ist es erstaunlich, das das Stoff-Reservoir der Natur nur ca. 2 Dutzend Grundstoffe zur Verfügung hat, wie Wasser, Kalk, Chitin, Lignin, Protein, […]; zugleich aber Millionen von Millionen Stoffvariationen mit besonderen Eigenschaften und höchster Qualität erzeugt.

Auch unser Wissen über Materialien und Werkstoff hat dazu geführt, dass qualitativ hochwertige Produkte entstanden sind, mit denen wir Brücken bauen, durch Meere fahren und zum Mond fliegen. Im Gegensatz zur Naturstrategie der sparsamen, effizienten Materialverarbeitung häufen wir Menschen jedoch immer mehr neue Rohstoff-Variationen an, mit neuen Materialeigenschaften, um bestimmten Produktziele zu realisieren. Darunter sind Materialien und Werkstoffe, die in der Natur nicht vorkommen und somit auch in unserer Biosphäre nicht vollständig wiederverwertet werden können. Im Verlauf von wenigen Jahrzehnten sind auf diese Weise mehrere 10.000 verschiedene Kunststoffe entstanden, mit sehr spezifischen Eigenschaften – nicht immer zum Vorteil für Menschen und Umwelt.

Herausforderung für zukünftige Materialien und Werkstoffe.

Eine der größten Herausforderungen zukünftiger Materialentwicklungen und Werkstoffinnovationen wird der nachhaltige, umweltverträgliche und  wiederverwertbare Umgang mit dem begrenzten Materialreservoir auf unserer Erde sein. Eingeschlossen darin sind umweltverträgliche Lösungen für diejenigen Materialien und Werkstoffe, deren Kehrseite der technischen Nutzung Leben über lange Zeiträume belasten und zerstören. Kernenergetische Stoffe und Kunststoffe stehen hier an erster Stelle der Problemlösung.

Die Material-Intelligenz der Natur.

Die evolutionäre Intelligenz der Natur hat es fertig gebracht, über Milliarden von Jahren bis heute, einen unvergleichlichen “Materialpool” zur Verfügung zu stellen, dessen spezifische Materialqualitäten höchste Wirkungsgrade erzielen. Und – alle die materialtechnischen Entwicklungen geschehen weitgehend bei energetisch optimierten Fertigungstemperaturen, die wir als “Raumtemperaturen” – ca. 20°C – kennen. Welche menschlich intelligente Materialforschung und -entwicklung kann das von sich behaupten?

Intelligente Materialien für unsere Bedürfnisse zu erforschen und zu entwickeln ist eine Sache; sie zugleich nachhaltig, fehlertolerant, umweltverträglich und ohne große Folgeprobleme weiter zu verarbeiten, eine andere. Beide Zielstränge sind mehrfach rückgekoppelt. Erst wenn das Ganze, also alle vernetzten Beziehungen von uns für Ziele angepasst berücksichtigt werden, kommen wir einer Materialentwicklung nahe, die die verknüpften Attribute wirtschaftlich, nachhaltig und umweltverträglich verdient.

Die folgende Graphik zeigt links den grundlegenden Zyklus natürlicher Materialverarbeitung und -entwicklung, sowie rechts das technisch-wirtschaftliche Pendant.

 

Zyklus PKR-PKW

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Januar 2013

Die multidisziplinäre Wissenschaft der Bionik, ein Kunstwort aus den Silben = Biologie und Technik, schöpft aus dem unermesslichen Reservoir natürlicher konstruktiver, verfahrens-technischer und organisatorischer Lösungen deren Know-how und überträgt es – unter Berücksichtigung notwendiger Randbedingungen – auf technisch-wirtschaftliche Produkte.

Der Reichtum und die bis heute weitgehend technisch unerreichten Wirkungsgrade natürlicher – evolutionär entwickelter – Leistungsmerkmale von Pflanzen und Tieren, im Verbund mit der unbelebten Umwelt, birgt für uns Menschen einen Schatz an nützlichen und den Fortschritt fördernden Innovationen, der darauf wartet, gehoben zu werden.

Auf dem Weg von klassischer zu systemischer Bionik.

Trotzt der beinahe 50 Jahre aktiven, wissenschaftlichen, bionischen Forschung und Entwicklung geben vorhandene BIONIK-Produkte erst einen oberflächlichen Einblick in die unvergleichliche Vielfalt und Kreativität natürlichen Lebens.

Noch sind wir Menschen zu sehr darauf fixiert, uns die Natur Untertan zu machen, sie für unsere Zwecke – und ökonomischen Ziele und Zwänge – zu gebrauchen aber auch zu missbrauchen!

Bionik ist eine systemische Wissenschaft!

Erst der vernetzte Blick in die reichen, biodiversen Zusammenhänge, aus denen die natürlichen, teils hochspezialisierten, teils universellen Leistungsmerkmale von Pflanzen und Tieren entwickelt wurden, öffnet die Tür für eine neue Systemische Bionik. Sie ist ein Garant für Lösungen, die fortschrittlich und zugleich nachhaltig sind, die ökonomisch und zugleich umweltverträglich sind und die nicht zuletzt unseren geschundenen Planeten Erde aktiv und nachhaltig entlasten können.

»Küppers-Systemdenken« forscht und entwickelt auf der Grundlage eines jahrzehntelangen Know-hows und praktischen Erfahrungen. Die Schwerpunkte der BIONIK-Aktivitäten liegen auf folgenden Gebieten:

• Organisation und Bionik

• Verpackung und Bionik

• Strömungsdynamik und Bionik

• Material/Werkstoff und Bionik

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