Kompetenzatlas Bionik in Hessen by Hessen Agentur

Hessisches Ministerium f端r Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung www.hessen-nanotech.de

Kompetenzatlas Bionik in Hessen

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Impressum Kompetenzatlas Bionik in Hessen Schriftenreihe der Technologielinie Hessen-Nanotech des Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

Erstellt von: Karin Lübbe Sigrid Belzer Bionik-Netzwerk Hessen c/o Bionik-Sigma Innovation GmbH Holzhofallee 21 D-64295 Darmstadt Telefon: +49 (0)6151-318627 E-Mail: kontakt@bionik-hessen.de Internet: www.bionik-hessen.de Redaktion: Sebastian Hummel (Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung) Nicole Holderbaum, Dr. David Eckensberger (Hessen Trade & Invest GmbH, Hessen-Nanotech) Herausgeber: Hessen Trade & Invest GmbH Konradinerallee 9 D-65189 Wiesbaden, Germany Telefon: +49 (0)611-95017 8634 Fax: +49 (0)611-95017 5 8634 E-Mail: info@hessen-nanotech.de Internet: www.htai.de, www.hessen-nanotech.de www.hessen-nanotech.de 1. Auflage März 2014 2., überarbeitete Auflage November 2015

Gestaltung: Muhr - Partner für Kommunikation Obere Kirchstraße 10 65344 Eltville Telefon: +49 (0)611-940 86 20 www.muhr-partner.com Druck: A&M Service GmbH Hinter dem Entenpfuhl 13/15 65604 Elz Bildquellen: Titelbild: ©fotolia/jim Seite 5 oben: Bionik-Sigma (Fotograf: Martin Zeuch) Seite 5 unten: ©fotolia/kamonrat Seite 6: Bionik-Sigma (Fotografin: Beate Köhler) Seite 7: Bionik-Sigma (Fotograf: Martin Zeuch) Seite 8: ©fotolia/ maros_bauer Seite 11: Bionik-Sigma (Fotografin: Beate Köhler) Seite 12 links: ©fotolia/ag visuell Seite 12 rechts: ©fotolia/pressmaster Seite 16: ©fotolia/jim Seite 36: ©fotolia/PRILL Mediendesign Seite 38: Hessen-Nanotech Seite 39 links: Hessen-Nanotech Seite 39 rechts: Bionik-Sigma (Fotografin: Sigrid Belzer) Seite 40 links: ©fotolia/Maksim Samasiuk Seite 40 rechts: ©fotolia/Franck Boston Seite 41: ©fotolia/jim Seite 42: ©fotolia/Brian Jackson Seite 43 links: ©fotolia/Smileus Seite 43 rechts: ©fotolia/Volker Witt Seite 44 links: ©fotolia/psdesign1 Seite 44 rechts: ©fotolia/adimas Seite 46: ©fotolia/Jörg Hackemann Seite 47: ©fotolia/Onkelchen Seite 48 links: ©fotolia/Robert Kneschke Seite 48 rechts: Bionik-Sigma (Fotografin: Beate Köhler) Seite 49: ©fotolia/Serg Nvns Seite 50: ©fotolia/WavebreakMediaMicro

Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, die Genauigkeit und die Vollständigkeit der Angaben sowie für die Beachtung privater Rechte Dritter. Die in der Veröffentlichung geäußerten Ansichten und Meinungen müssen nicht mit der Meinung des Herausgebers übereinstimmen. © Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung, Kaiser-Friedrich-Ring 75, D-65185 Wiesbaden, www.wirtschaft.hessen.de Vervielfältigung und Nachdruck – auch auszugsweise – nur nach vorheriger schriftlicher Genehmigung.

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Inhalt Vorwort................................................................................... 4 Einleitung............................................................................... 5 1. Bionik........................................................................... 6 1.1 Grundlagen..................................................................................... 6 1.2 Innovationspotenziale der Bionik.................................................... 8 1.3 Bionik-Landschaft in Hessen............................................................ 8 1.4 Anwendung der Bionik in Unternehmen....................................... 12 2. Kompetenzmatrix........................................................ 13 3.

Kompetenzprofile Bionik in Hessen.............................. 16

4. 4.1 4.2 4.3

Netzwerke und Organisationen..................................... 38 Regionale Netzwerke..................................................................... 38 Überregionale Netzwerke.............................................................. 40 Internationale Netzwerke............................................................. 41

5. Förderprogramme....................................................... 42 5.1 Bionik-Wettbewerb........................................................................ 42 5.2 Förderprogramme in Hessen......................................................... 42 5.3 Förderprogramme in Deutschland................................................ 43 5.4 Horizont 2020 – Rahmenprogramm der Europäischen Union....... 45 5.5 Stiftungen..................................................................................... 47 5.6 Ansprechpartner Förderprogramme.............................................. 47 6. Bildungsangebote....................................................... 48 6.1 Außerschulische Bildungsangebote in Hessen.............................. 48 6.2 Studienmöglichkeiten................................................................... 50 7. Literatur...................................................................... 51 Anhang................................................................................. 52

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Vorwort

Unsere Umwelt wandelt sich stetig, und ebenso stetig passt sich die Natur neuen Bedingungen an. In ihren vier Milliarden Jahren hat die Evolution viele faszinierende Lösungen hervorgebracht. Sie für die aktuellen technologischen Herausforderungen nutzbar zu machen, ist der Ansatz der Bionik. Die Bionik macht die Natur zum Vorbild für Erfindungen, für die Entwicklung neuer Materialien und für den effizienten Umgang mit Ressourcen. Die auf ihr basierenden Technologien stehen also im doppelten Wortsinn im Einklang mit der Natur und werden damit zur Grundlage tragfähiger Zukunftskonzepte. Ihre Voraussetzungen sind innovative Produkte, Prozesse und Dienstleistungen. Die bekanntesten Anwendungsbeispiele der Bionik sind der Klettverschluss und der Lotus-Effekt®. Aber wir verdanken ihr auch die nach dem Vorbild gespreizter Vogelschwingen geformten Winglets, die an Flugzeugtragflächen den Spritverbrauch senken. Diese bionischen Lösungen zeigen, welche Potenziale die Natur für Ressourceneffizienz und Umweltschutz bietet.

Diese Potenziale zu mobilisieren, erfordert einen regen Transfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Einen Beitrag dazu leistet der Kompetenzatlas Bionik in Hessen. Er entstand im Rahmen der von unserer Technologielinie Hessen-Nanotech initiierten Aktivitäten zum Aufbau des Bionik-Netzwerkes Hessen. Der Atlas zeigt in einem Überblick, welche hessischen Unternehmen und Institutionen sich mit den unterschiedlichen Themen der Bionik befassen. Er gibt eine Orientierung über Ansprechpartner und Fördermöglichkeiten und unterstützt so die erfolgreiche Vernetzung aller Beteiligten. Ich wünsche Ihnen eine anregende Lektüre.

Tarek Al-Wazir Hessischer Minister für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Einleitung Dieser Kompetenzatlas liefert einen Überblick über die aktuellen Bionik-Projekte hessischer Unternehmen und Institutionen. Sie werden in anschaulichen Profilen dargestellt. In einer umfassenden Kompetenzmatrix sind die Projekte den Themen zugeordnet, die sich als Schwerpunktthemen während der im Jahr 2013 durchgeführten Erhebung des Bionik-Netzwerkes Hessen abzeichneten. Allgemeine Informationen zur Bionik, Anwendungsmöglichkeiten und Innovationspotenzialen für Unternehmen sowie aktuelle Fördermöglichkeiten sind im vorliegenden Kompetenzatlas ebenso enthalten wie eine Übersicht über Netzwerkinitiativen, Bildungs- und Studienangebote und Literaturhinweise für Interessierte. Bionik ist die Quelle für neue technische Lösungen. Immer mehr Unternehmen erkennen ihr Potenzial und nutzen sie für die Generierung von Ideen. Derzeit sind circa 20 Unternehmen, Hochschulen und Institutionen mit Kompetenzprofilen aufgeführt. Voraussetzung für die Aufnahme in den Kompetenzatlas war die Durchführung oder Mitwirkung an konkreten Entwicklungen im Bereich Bionik. Unternehmen, Hochschulen oder Institutionen, die zwar das Potenzial oder das Interesse an bionischen Entwicklungen haben, bisher aber noch nicht an einer praktischen Umsetzung beteiligt waren, sind im Kompetenzatlas nicht berücksichtigt.

der Bionik und der Koordination der Aktivitäten leisten. Relevante Förderprogramme und Ansprechpartner, eine Aufstellung von Bildungsangeboten zur Bionik in Hessen sowie aktuelle Studienangebote und allgemeine Literaturhinweise runden den Kompetenzatlas ab.

Die Aufstellung ist nicht abschließend, da – insbesondere durch die aktuellen Bionik-Aktivitäten der Technologielinie Hessen-Nanotech und des Bionik-Netzwerkes Hessen – mit weiteren Akteuren zu rechnen ist.

Die Kompetenzprofile sind auch auf dem Portal www.kompetenzatlas-hessen.de unter dem Technologiefeld „Bionik“ dargestellt. Unternehmen und Institutionen können sich selbständig in diese Datenbank eintragen und erhalten dabei Unterstützung von der Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes Hessen.

Die Initiierung des Bionik-Netzwerkes Hessen bietet die Chance, die Anzahl an Bionik-Projekten in Hessen zu erhöhen. Das Thema findet zahlreiche Interessenten, die sich über Bionik und deren Anwendungsmöglichkeiten in Veranstaltungen und Gesprächen informieren.

Es bleibt zu wünschen, dass der Atlas zur weiteren Vernetzung der Akteure führt und die Entwicklung neuer Projekte, Produkte, Prozesse und Dienstleistungen zum Thema Bionik initiiert.

Technische Lösungen sind vor allem für die produzierenden Unternehmen und Forschungsinstitute mit interdisziplinärer Ausrichtung von Bedeutung. Es finden sich im Kompetenzatlas des Weiteren Dienstleister, die beim bionischen Entwicklungsprozess wichtige Hilfestellung leisten können. Der Atlas wird ergänzt durch die Kurzbeschreibungen von Netzwerken und Organisationen, die wertvolle Arbeit für die Fortentwicklung

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1. Bionik

1.1 Grundlagen Das Wort Bionik ist zusammengesetzt aus Biologie und Technik und beschreibt die Vorgehensweise, Tiere und Pflanzen als Ideengeber bei der Entwicklung von technischen Produkten und Verfahren zu nutzen. So ist etwa der Klettverschluss nach Vorbild der Klette entstanden, die Form von Flugzeugflügeln ist abgeschaut von Vogelflügeln. Es gibt schmutzabweisende Farben, deren Entwicklung auf den Untersuchungen von Pflanzenoberflächen basiert und wiederverwendbare Klebebänder nach dem Vorbild des Geckofußes. Die Vielzahl der Beispiele und Ideen für bionische Anwendungen zeigen das Potenzial, welches diese Wissenschaftsdisziplin für die Entwicklung innovativer Produkte bietet. Der Übertragungsprozess von der Natur in die Technik ist jedoch kein reines Kopieren der natürlichen Formen und Strukturen. Damit eine technische Entwicklung wirklich bionisch ist, muss eine Abstraktion des biologischen Vorbildes stattfinden. Das Vorbild wird aus einem

technischen Blickwinkel betrachtet und untersucht. Bionik findet dann statt, wenn die grundlegenden Erkenntnisse über die physikalischen, chemischen oder materialwissenschaftlichen Prinzipien aus diesen Untersuchungen auf technische Produkte und Verfahren angewendet werden. Der Verein Deutscher Ingenieure definiert die Bionik wie folgt: „Bionik verbindet in interdisziplinärer Zusammenarbeit Biologie und Technik mit dem Ziel, durch Abstraktion, Übertragung und Anwendung von Erkenntnissen, die an biologischen Vorbildern gewonnen werden, technische Fragestellungen zu lösen.“ (Quelle: VDI 6220 Bionik - Konzeption und Strategie - Abgrenzung zwischen bionischen und konventionellen Verfahren/Produkten. Berlin: Beuth Verlag, 2012)

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Es gibt in der Bionik zwei grundsätzliche Herangehensweisen: Bottom-up-Prinzip Eine besondere Eigenschaft eines biologischen Vorbildes inspiriert die Naturwissenschaftler oder Ingenieure zu einer neuartigen Entwicklung. Es muss eine gedankliche Assoziation zwischen der entdeckten Eigenschaft und einer möglichen technischen Anwendung stattfinden, damit das Projekt überhaupt zustande kommt. Beispiele für diese Vorgehensweise sind der Lotus-Effekt® und das GeckoTape®. Diese Produkte basieren auf Erkenntnissen, die bei der biologischen Grundlagenforschung gewonnen wurden. Der Innovationsgrad bei solchen Projekten ist oft sehr hoch. Top-down-Prinzip Die Entwickler suchen gezielt in der Natur nach geeigneten biologischen Vorbildern, um einen technischen Gegenstand zu verbessern. Dafür wird die zu verbessernde Funktion des Gegenstandes exakt formuliert und die Tier- und Pflanzenwelt nach ähnlichen Funktionen durchsucht. Ein Beispiel für diese Vorgehensweise ist die Entwicklung von Reifen mit verbesserter Bremswirkung nach dem Vorbild von Katzenpfoten.

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

In beiden Fällen werden zunächst Analogien gesucht, also Ähnlichkeiten zwischen Natur und Technik. Dann werden die Funktionen der in Frage kommenden biologischen Systeme genau analysiert und die Übertragungsmöglichkeiten der Prinzipien in die Technik geprüft. Um diesen Prozess erfolgreich durchführen zu können, ist die Zusammenarbeit zwischen Naturwissenschaftlern und Ingenieuren unabdingbar. Hier steckt eine der großen Herausforderungen der Bionik, die aber gleichzeitig auch ungewöhnliche Chancen bietet: Die Experten verlassen den Rahmen ihrer eigenen Fachdisziplinen, sie treten in Kontakt zu Fachleuten aus gänzlich anderen Bereichen und lösen ihre Fragestellungen in interdisziplinären Teams. Um die Zusammenarbeit zu ermöglichen, müssen sowohl die Teammitglieder aus den technischen Forschungs- und Entwicklungsabteilungen (FuE-Abteilungen) als auch die Naturwissenschaftler ihr Wissen und ihre Ideen in einer Sprache ausdrücken, die alle Beteiligten verstehen. Das macht die Bionik oft auch für Außenstehende besonders anschaulich und faszinierend.

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1.3 Bionik-Landschaft in Hessen Ebenso interdisziplinär und heterogen wie die Bionik von ihrem Wesen her angelegt ist, sind auch die Inhalte der bisher durchgeführten Bionik-Projekte in Hessen sehr vielfältig.

1.2 Innovationspotenziale der Bionik Das Potenzial für den Kreativitätsprozess und zukünftige Innovationen ist bei dieser interdisziplinären Arbeitsweise enorm. Projektteams können unter Umständen völlig neue und unerwartete Lösungen erarbeiten, die bei einer rein technischen Betrachtung nicht zustande gekommen wären. Die Biologie liefert aufgrund der Millionen von Jahren dauernden Evolution der Organismen hervorragende Lösungsideen. In der Natur können sich diejenigen Arten erfolgreich durchsetzen, die am besten an ihren jeweiligen Lebensraum angepasst sind. Da diese Anforderungen sehr unterschiedlich und zum Teil veränderlich sind, entstehen optimierte Formen, Strukturen, Materialien und Strategien.

Die Projekte und Interessensgebiete bilden die Themen ab, die für technische und gesellschaftliche Entwicklungen der Region besonders relevant sind. Als Kompetenzbereiche und Bionik-Themenfelder wurden definiert: Materialien: Ober-/Grenzflächen Molekulare Bionik/Nanomaterialien

Bewegung:

Adaptronik Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen) Optimierung Automatisierung Robotik/Mechatronik Sensorik/Kommunikation

Konstruktion: Die technische Umsetzung dieser Prinzipien erschließt neue Chancen und Lösungsansätze in vielen Anwendungsfeldern, wie

Materialien und Strukturen Formgestaltung und Design Konstruktion und Geräte Bau und Klimatisierung Robotik und Lokomotion Sensoren und neuronale Steuerung Anthropo- und biomedizinische Technik Verfahren und Abläufe Evolution und Optimierung System und Organisation

(Quelle: Nachtigall, W.: Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 2. Auflage. Heidelberg: Springer Verlag, 2002)

Spannend für die Technik der Zukunft sind vor allem die übergeordneten Prinzipien der Natur, von denen wir lernen können, wie Ressourcen- und Energieeffizienz Multifunktionalität Selbstorganisation, Selbstreparatur, Selbstreinigung

Leichtbau Optimierung (CAO/SKO) Architektur/Bauen/Planen Design/Formgestaltung Falten

Andere:

Lärmreduktion Energie(-bionik) Anthropo- und biomedizinische Technik Organisations- und Wirtschaftsbionik Biomechanik

Im Jahr 2013 wurden bionische Akteure in Hessen ermittelt. Datengrundlage hierfür waren Internetrecherchen sowie die durch das Bionik-Netzwerk Hessen und die Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb” entstandenen Kontakte. Die an einer Aufnahme in den Kompetenzatlas interessierten Unternehmen und Institutionen erstellten Kompetenzprofile, aus denen sich die Schwerpunkte der Bionik-Themen in Hessen ableiten.

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Anzahl der hessischen Unternehmen und Institutionen nach Bionik-Themen, die sie verfolgen (inklusive Doppelnennungen) 0

Ober-/Grenzflächen 5

Molekulare Bionik/Nanomaterialien Adaptronik

Aero/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)

3 6

Optimierung 3

Automatisierung Robotik/Mechatronik

Sensorik/Kommunikation

5 9

Leichtbau Optimierung (CAO/SKO)

Architektur/Bauen/Planen

Design/Formgestaltung

Falten

Lärmreduktion

Energie(-bionik)

Organisations- und Wirtschaftsbionik

Biomechanik

Anthropo- und biomedizinische Technik

Die beschriebenen Projekte und Produkte haben immer Bezüge zu mehreren Kompetenzbereichen. Hessische Schwerpunkte liegen in den Themenfeldern Leichtbau und Optimierung, Ober- und Grenzflä-

chen, Robotik und Sensorik, Design und Formgestaltung sowie Anthropo- und biomedizinische Technik (siehe Abbildung oben).

Anzahl der hessischen Unternehmen und Institutionen nach Unternehmensbereichen, in denen Bionik angewendet wird (inklusive Doppelnennungen) 0

Beratung Aus-/Weiter-/Fortbildung

5 7 10

Technologietransfer

Forschung und Entwicklung 8

Fertigung, Produktionstechnik Handel

Die Bionik findet in Hessen meist in den Unternehmensbereichen FuE, Technologietransfer und Produktionstechnik statt, untergeordnet in den Sektoren Handel, Aus- und Weiterbildung und Beratung (siehe Abbildung oben).

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Regionale Verteilung von Bionik-Kompetenzen in Hessen

Marburg Fulda

Herborn

Gießen

Ober-Mörlen

Frankfurt

Rüsselsheim Darmstadt

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Die hessischen Bionik-Projekte haben eine hohe Relevanz für übergeordnete Herausforderungen unserer Gesellschaft: Mobilität Der bionische Leichtbau bietet eine große Anwendungsvielfalt im Bereich der Material- und Ressourceneffizienz. Die Natur hält Lösungen bereit, die bereits breitflächig Einzug in die Industrie gehalten haben. Nach dem Vorbild von Knochen und Bäumen werden Bauteile mit möglichst wenig Material und hoher Stabilität konstruiert. In der Automobilbranche wird der Einsatz der optimierten Bauteile besonders anschaulich: Die Adam Opel AG baut optimierte Achsschenkel und Motorhalter in ihren Autos ein. Das Gewicht des Motorhalters konnte durch die Optimierung wesentlich verringert werden. Energieeffizienz durch Leichtbau im Transportwesen ist einer der für Hessen besonders relevanten Themenbereiche. Als wichtiger Knotenpunkt für Luftfahrt und Verkehr kommt der Mobilität eine Schlüsselrolle zu. Daher finden sich viele Unternehmen in der Region, die entsprechende Dienstleistungen und Produkte anbieten. Die Firma EDAG bietet Lösungen im Bereich Mobilität an, für die die Ingenieure und Designer auch die Natur als Inspirationsquelle nutzen. Das Honda Research Institute Europe erforscht die Anwendungsmöglichkeiten kognitiver Systeme, unter anderem für den Bereich Verkehr. Im Flugzeugbau fanden bionische Optimierungen unter der Beteiligung hessischer Dienstleister, wie dem Ingenieurbüro H. Moldenhauer GmbH oder dem IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner statt. Automatisierungstechnik und Robotik Roboter, die nach Vorbild von Lebewesen konstruiert sind, können unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten finden. Die Bionic Robotics GmbH bietet den Leichtbauroboter BioRob an, der durch seine Konstruktion und Steuerungstechnik gefahrlos mit Menschen zusammenarbeiten kann. Im Lauflabor der Technischen Universität Darmstadt wird anhand des Laufroboters BioBiped erforscht, wie sich Laufen, Gehen und Stehen bei Robotern realisieren lässt. Die Sensitec GmbH entwickelte Sensoren, die in bionisch inspirierten Leichtbaurobotern zum Einsatz kommen.

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Gesundheit Bei der Entwicklung neuartiger Materialien und Konstruktionsprinzipien für Prothesen und Biomedizintechnik wird die Bionik ebenfalls eingesetzt. DuPont liefert den Kunststoff für eine bionische Handprothese. Der LOEWE-Schwerpunkt PräBionik optimiert Produkte auf Basis biomechanischer Erkenntnisse, die TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH sowie das Universitätsklinikum Frankfurt/M. beschäftigen sich mit der Entwicklung von adhäsiven Materialien nach Vorbild von Muschelproteinen. Am Institut für Experimentelle Biomechanik wurde ein neuartiges Implantat für die Halswirbelsäule entwickelt. Evonik Industries AG hingegen war an der Entwicklung von Antifouling-Anstrichen beteiligt, die ohne Giftstoffe auskommen – ein Beitrag zum Schutz unserer Gewässer. Innovative Produkte Das Ziel der Bioniker ist es, Produkte und Verfahren zu entwickeln, die Vorteile gegenüber herkömmlichen Lösungen bieten. Aus der KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH stammen die Maschinen, mit denen Textilien nach Vorbild des Eisbärfells und der Haihaut hergestellt werden. Auch Klettverschlüsse werden mit den Textilmaschinen produziert. Bei der Rittal GmbH & Co. KG wurden Bionik-Projekte durchgeführt mit dem Ziel, naturinspirierte Lösungen für schockabsorbierende Paletten und eine optimierte Kabeleinführung zu entwickeln. Die Gestaltung innovativer Produkte hat sich auch das Institut für Industrie-Design der Hochschule Darmstadt zum Ziel gesetzt. Hier fanden Arbeiten zu Baustellenanschlagpunkten, die wie Geckos an der Wand haften, einem Emergency Airdrop System nach Vorbild von Flugsamen und eine Ornithopterstudie statt. Aus- und Weiterbildung Im Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Konstruktives Gestalten und Baukonstruktion (KGBauko) der Technischen Universität Darmstadt wird Bionik im Bauwesen interdisziplinär gelehrt, mit dem Zukunftsziel intelligente, aktive Tragwerke zu entwickeln. Das Dienstleistungsunternehmen Bionik-Sigma Innovation GmbH bietet Veranstaltungen und Materialien für verschiedene Zielgruppen an, um die Bionik und ihre Potenziale für die Wirtschaft zu veranschaulichen.

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1.4 Anwendung der Bionik in Unternehmen Es gibt im Prinzip drei Wege, über die die Bionik in Unternehmen angewendet werden kann: Inspiration im Kreativitätsprozess Auf der Suche nach neuen Ideen für die Lösung technischer Probleme kann die Orientierung an der Natur bestehende Denkmuster der Fachdisziplinen lockern und zu völlig neuen Ansätzen führen. Chancen werden in der Durchführung von Innovationsworkshops gesehen, bei denen die Biologie als Suchfeld angewendet wird. FuE-Projekte Bionik wird schwerpunktmäßig in Form von Forschungs- und Entwicklungsprojekten angewendet. Seien es studentische Abschlussarbeiten oder Praktika, Kooperationsprojekte zwischen Unternehmen oder große Verbundvorhaben unter Einbeziehung von Forschungsinstituten, entscheidend ist immer die interdisziplinäre Zusammensetzung der Projektteams. Transferstellen können die Unternehmen bei der Suche nach Projektpartnern unterstützen. Die große Wissensbasis für die Bionik entstammt der biologischen Grundlagenforschung. In Universitäten, Sammlungen und Botanischen Gärten erforschen und systematisieren Biologen die unendlich erscheinende Vielfalt an Organismen. Sie untersuchen und katalogisieren deren inneren und äußeren Aufbau, Formen, Materialien, Oberflächenbeschaffenheit und vieles mehr.

Anwendung bionischer Produkte In den letzten zwei Jahrzehnten wurde eine Reihe bionischer Produkte entwickelt, die vielen Unternehmen noch unbekannt sind. Die Beschäftigung mit dem Themenbereich Bionik birgt das Potenzial, neue Produkte, Materialien und Verfahren und deren Anwendungsmöglichkeiten für das eigene Unternehmen zu entdecken. Diese Aufgabe übernehmen in großen Unternehmen sogenannte Innovationsscouts. Das Themenfeld ist jedoch für viele Mitarbeiter so faszinierend, dass sie sich aus persönlichem Interesse durch Medienberichte und in Veranstaltungen über die Bionik informieren. Faszination und Innovationskultur: Die Faszination für das Thema Bionik motiviert Menschen aus allen Branchen und Unternehmensbereichen zur Auseinandersetzung mit technischen Fragestellungen und möglichen Lösungen aus der Natur. Sie ist damit ein Mittel, die Innovationskultur von Unternehmen zu stärken und bestehende Denkansätze in Frage zu stellen. Niemals aber verspricht die Bionik, immer die beste Lösung für ein Problem liefern zu können. Sie ist ein Werkzeug, das angewendet werden kann, um die klassischen Ingenieurwissenschaften zu ergänzen – jedoch nicht, um sie zu ersetzen.

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

2. Kompetenzmatrix Die Kompetenzmatrix verschafft einen schnellen Überblick über die hessischen Unternehmen, Hochschulen und Institutionen, die im Kapitel „Kompetenzprofile“ detailliert vorgestellt werden.

Kompetenz-Sektoren

Kompetenzebene 1

Dienstleistung

Beratung Aus-/Weiter-/Fortbildung Technologietransfer

Die Unternehmensprofile sind auf dem Portal www.kompetenzatlashessen.de unter dem Technologiefeld „Bionik“ recherchierbar und mit den folgenden Tätigkeitsfeldern und Fachkompetenzen verknüpft: Kompetenzebene 2

Forschung und Entwicklung (FuE) Fertigung, Produktionstechnik Handel Bionik-Teilbereich

Materialien

Ober-/Grenzflächen Molekulare Bionik/Nanomaterialien

Bewegung

Adaptronik Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen) Optimierung Automatisierung Robotik/Mechatronik Sensorik/Kommunikation

Konstruktion

Leichtbau Optimierung (CAO/SKO) Architektur/Bauen/Planen Design/Formgestaltung Falten

Andere

Lärmreduktion Energie(-bionik) Organisations- und Wirtschaftsbionik Biomechanik Anthropo- und biomedizinische Technik

Die aktuellen hessischen Projekte sind im Folgenden in einer Kompetenzmatrix dargestellt. Darin beziehen sich alle zum Unternehmensbereich angegebenen Kompetenzen ausschließlich auf das bionische Projekt oder Produkt, mit dem sich die Unternehmen, Institutionen

und Hochschulen in den Kompetenzprofilen vorstellen. Die weiteren Unternehmensbereiche wurden in dieser Bionik-Kompetenzmatrix bewusst nicht dargestellt.

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Kompetenzmatrix Unternehmen und Institutionen in Hessen Unternehmensbereich

FuE



Bionic Robotics GmbH Bionik-Sigma



Dipl.-Ing. H. Moldenhauer GmbH



Evonik Industries AG



Beratung und Veranstaltungen zur Bionik



Institut für Experimentelle Biomechanik

Competence Center bei EDAG für Leichtbau



Anti-Fouling-Anstrich

Kognitive/komplexe Systeme



Optimierung multivariabler Systeme mittels Evolutionsstrategie, Tragflügelprofile



Implantat für Halswirbelsäule

 

Philipps Universität Marburg – AG Molekulare Bionik



Textilien mit Oberflächen und Aufbau nach bionischem Vorbild (Eisbärfell)



Entwicklung digitaler Menschmodelle mit in vivo-Eigenschaften und Simulation mechanischer Interaktionen



Synthese von Biohybridverbindungen

Rittal GmbH & Co. KG Sensitec GmbH

Kunststoffe für Bionik-Handprothese



KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH



Baustellenanschlagpunkte, Emergency Airdrop System und Ornithopterstudie

Honda Research Institute Europe GmbH

LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik-PräBionik

Leichtbauroboter BioRob



Tailored fiber placement (TFP): Faserplatzierung in Hauptspannungsrichtung



Hochschule Darmstadt - Institut für Industrie-Design

Motorhalter, Achsschenkel



DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH

IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner

Handel



Adam Opel AG

EDAG Engineering GmbH

Fertigung, Produktionstechnik

Technologietransfer

Firma

Aus-/Weiter-/ Fortbildung

Beratung

Dienstleistung

Projekt/Produkt



Schockpalette, Kabeleinführung



Sensoren für bionisch inspirierte Leichtbauroboter

Technische Universität Darmstadt – KGBauKo



Lehre „Bionik im Bauwesen“ Verwertbare Lösungen für die Fragen des Bauens

Technische Universität Darmstadt – Locomotion Laboratory des Instituts für Sportwissenschaft



Laufroboter BioBiped



Klebstoff aus Muschelproteinen



BioClou-Feuchtklebstoff

TransMit Gesellschaft für Technologietransfer mbH Universitätsklinikum Frankfurt/M.

 



 



 



 



 



 



 Optimierung (CAO/SKO)

 



 



 



Bildungsangebote



Anthropo- und biomedizinische Technik

Konstruktion

Biomechanik

Förderprogramme

Organisations- und Wirtschaftsbionik

Energie(-bionik)

Netzwerke & Organisationen

Lärmreduktion

Bewegung

Falten

Kompetenzprofile

Design/ Formgestaltung

Kompetenzmatrix

Architektur/Bauen/ Planen

Leichtbau

Sensorik/ Kommunikation

Robotik/ Mechatronik

Automatisierung

Material

Optimierung

Aero-/Fluiddynamik (Schwimmen/Fliegen)

Adaptronik

Molekulare Bionik/ Nanomaterialien

Ober-/Grenzflächen

Bionik Literatur

Angewendete Bionik-Themen

Andere



 



 



  

 



â&#x20AC;ş Kompetenzatlas Bionik in Hessen

3. Kompetenzprofile Bionik in Hessen

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Adam Opel AG Rüsselsheim

Adresse Telefon Internet

Adam Opel AG Bahnhofsplatz 65423 Rüsselsheim +49 (0)6142-770 www.opel.de

Mitarbeiter 34.500 Gründungsjahr 1862 (Unternehmen Opel) Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Uwe Deller +49 (0)6142-760178 +49 (0)6142-778409 uwe.deller@de.opel.com

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Fahrzeugentwicklung und –produktion 2. Produkte und Dienstleistungen:  Nutz- und Kraftfahrzeuge 3. Einsatzgebiet:  Automobil

Achsschenkel, Motorhalter Beschreibung Die simulationsgestützte Optimierung ist ein wichtiges Werkzeug, wenn es darum geht, möglichst leichte Bauteile mit hoher Festigkeit zu entwickeln. Dabei haben sich vor allem die besonderen Optimierungsmethoden bewährt, die aus dem Bereich der Bionik stammen und deren Grundlagen am Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt wurden. Dort wurden die Eigenschaften von biologischen Kraftträgern (wie beispielsweise Bäume, Krallen und Knochen) studiert. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass biologische Kraftträger gemäß einer adaptiven Wachstumsregel in ihre optimierten Formen hineinwachsen. Indem man die Wachstumsregel simuliert und auf das zu optimierende Bauteil anwendet, wächst dieses dann virtuell in die optimierte Form, wie es beispielsweise ein Knochen tun würde, wenn er die Funktion des Bauteils übernehmen müsste. Da die Wachstumsregel zu einem Abbau von Spannungsspitzen und letztendlich zu einer homogenen Spannungsverteilung führt, kann sie zur Lösung von Festigkeitsproblemen unter Einsatz von minimalem Gewicht eingesetzt werden. Die von der Wachstumsregel abgeleiteten klassischen Methoden CAO (Computer Aided Optimization) und SKO (Soft Kill Option) wurden 1992 bei der Adam Opel AG eingeführt und gemäß den Anforderungen in der Praxis modifiziert. Später wurden diese Programme durch das Programm TopShape ergänzt, das Fertigungsrestriktionen für Gussteile berücksichtigen kann. Mit dem Verfahren werden nun Gussteile, wie Motorhalter und Achsschenkel, aber auch Blechbauteile optimiert. Abbildung: CAO/SKO Bearbeitung von Motorhalter (links) und Achsschenkel (rechts) (Quelle: Adam Opel AG)

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Bionic Robotics GmbH Darmstadt

Adresse Telefon Telefax Internet

Bionic Robotics GmbH Robert-Bosch-Straße 7 64293 Darmstadt +49 (0)6151-2767285 +49 (0)6151-2767287 www.bionic-robotics.de

Mitarbeiter 6 Gründungsjahr 2010 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Jan Röhlinger +49 (0)6151-2767285 +49 (0)6151-2767287 roehlinger@bionic-robotics.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Entwicklung und Optimierung eines Leichtbauroboters, Regelung elastischer Systeme 2. Produkte und Dienstleistungen:  Vertrieb des Leichtbauroboters BioRob 3. Einsatzgebiete:  Pick and Place-Anwendungen  Inspektionsaufgaben  Labor (Stand-alone/Teil einer Automatisierung)  Testsysteme  Mobiler Einsatz

Leichtbauroboter BioRob Beschreibung Dem Leichtbauroboter BioRob liegt die Übertragung der Funktionsprinzipien eines biologischen Armmodells auf das ingenieurmäßige Konzept eines „bionischen Roboters“ zu Grunde. Der BioRob ist ein elastisch nachgiebiger Leichtbauroboterarm, der sich in seinen Ausmaßen und seiner Bewegungsgeschwindigkeit am menschlichen Arm orientiert. Der Roboter zeichnet sich durch ein leichtgewichtiges Design mit einem bemerkenswerten Verhältnis von Traglast zu Eigengewicht aus. Ein besonderes Merkmal ist die hohe aktive und insbesondere passive Sicherheit bei Kollisionen. Diese Schutzmaßnahme ermöglicht seinen Einsatz im direkten Umfeld des Menschen, ohne ihn zu gefährden. Weitere Vorzüge sind die sehr schnellen Einrichtungszeiten dank intuitiver Teach-In-Programmierung (manuelles Führen oder Steuern des Roboters, um Bewegungsabläufe zu programmieren). Unter dem Stichwort „Hybride Fertigung“ kann der Leichtbauroboter ohne zusätzliche Schutzeinrichtung zusammen mit dem Mitarbeiter „Hand in Hand“ arbeiten und diesen zum Beispiel von stark repetitiven Arbeiten entlasten. Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels in der Gesellschaft gewinnen solche Produktionskonzepte gerade für kleine und mittlere Unternehmen immer stärker an Bedeutung. Auf aufwendige Sicherheitseinrichtungen wie Lichtschranken oder Schutzzäune kann gänzlich verzichtet werden. Die im Vergleich zu konventionellen Roboterarmtechnologien günstigen Anschaffungs- und Betriebskosten führen zu einer schnelleren Amortisation der Investitionskosten. Abbildungen: BioRob Leichtbauroboter (Quelle: Bionic Robotics GmbH)

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Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Bionik-Sigma Innovation GmbH Darmstadt

Adresse Telefon Internet

Bionik-Sigma Innovation GmbH Holzhofallee 21 64295 Darmstadt +49 (0)6151-318627 www.bionik-sigma.de

Mitarbeiter 5 Gründungsjahr 2008 Kontaktperson Telefon E-Mail

Sigrid Belzer +49 (0)6151-318627 info@bionik-sigma.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Das Unternehmen Bionik-Sigma besteht aus den Bereichen Innovation, Education und Shop. Bionik-Sigma Innovation bietet Veranstaltung und Beratung „Technologiescout Bionik" für Unternehmen an, um sie bei der Umsetzung bionisch inspirierter Projekte zu unterstützen. Bionik-Sigma Education ist führender Dienstleister für Bildungsprojekte im Bereich Bionik. Der Bionik-Sigma Shop bietet Lehrmaterialien für die Umsetzung in der Schule. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Veranstaltungen, Konzepte und Beratung zur Bionik  Geschäftsstelle und Koordination des Bionik Netzwerkes Hessen  Unternehmensvorträge  Technologiescout Bionik  Lesungen, Führungen, Schul-Workshops, Lehrkräftefortbildungen und Ferienprogramme  Erarbeitung von Unterrichtsmaterialien und Erstellung von Fachartikeln  Beratung bei der Konzeption von Ausstellungen  Handel mit Farbstoff-Solarzellen, Büchern, Experimentiermaterialien

Lernen von der Natur für die Technik: Veranstaltungen, Technologiescout Bionik, Fachtexte und Bionik-Netzwerk Hessen Beschreibung Bionik bedeutet Lernen von der Natur für die Technik. Um die spannenden Ergebnisse der Bionik-Forschung verständlich darzustellen, bietet Bionik-Sigma Bionik-Veranstaltungen für verschiedene Zielgruppen an, wie Unternehmensvorträge, das Kreativ-Seminar Bionik, Lesungen, Schulworkshops oder Führungen auf dem Bionik-Lehrpfad im Botanischen Garten der Technischen Universität Darmstadt. Der „Technologiescout Bionik“ unterstützt Unternehmen bei der Planung und Durchführung von Bionik-Projekten durch Beratung, Recherchen und die Vermittlung von Kontakten. Beste Kenntnisse der Bionik-Landschaft, die enge Zusammenarbeit mit Biologen und die Nutzung der von Bionik-Sigma entwickelten „Bionik-Toolbox“ sorgen für einen einfachen Start in die Bionik. Die Bionik bietet Perspektiven für die Entwicklung innovativer Produkte, Optimierung von Prozessen und Inspiration für neue Ideen. Die Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes Hessen, das 2012 von der Technologielinie HessenNanotech des Hessischen Wirtschaftsministeriums initiiert wurde, ist bei der Bionik-Sigma Innovation GmbH angesiedelt. Allgemeine Informationen zur Bionik sind hier erhältlich, die Geschäftsstelle vermittelt erste Kontakte und veranstaltet Vortragsreihen und Seminare. Die bekannte Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“ des Netzwerkes richtet sich an Unternehmen, Wissenschaft und Politik und wird von der Geschäftsstelle konzipiert und organisiert. Gut verständlich aufbereitetes Wissen über die Bionik verbreitet Bionik-Sigma auch in Fachartikeln und Veröffentlichungen, wie dem preisgekrönten Buch „Die genialsten Erfindungen der Natur – Bionik für Kinder“, Sigrid Belzer, S. Fischer Verlag 2010. Abbildung: Farbstoff-Solarzelle, Kinderuni Bionik (Quelle: Bionik-Sigma)

3. Einsatzgebiete:  Produzierende Unternehmen aller Branchen  Bildungssektor

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Dipl.-Ing. H. Moldenhauer GmbH Rödermark

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Dipl.-Ing. H. Moldenhauer GmbH Im Brückengarten 9a 63322 Rödermark +49 (0)6074-1394 www.tailored-fiber-design.com

Gründungsjahr 1982 Kontaktperson Telefon E-Mail

Dipl.-Ing. Herbert Moldenhauer +49 (0)6074-1394 info@tailored-fiber-design.com

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Das Ingenieurbüro H. Moldenhauer für FEMStrukturberechnungen und Programmierung besteht seit 1982. Der Schwerpunkt liegt auf dem Sektor der Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV). Die Firma Dipl.-Ing. H. Moldenhauer GmbH legt für Kunden FKV-Bauteile auf optimalen Kraftfluss aus. 2. Produkte und Dienstleistungen:  CAIOShell: Softwareprogramm zur Auslegung optimierter Faserverläufe in Schalenstrukturen  CAIOLoadpath: Softwareprogramm zur Visualisierung von Kraftflüssen und Anwendung der Lastpfadmethode auf 2D- und 3D-Strukturen.  CAO: Softwareprogramm zur Formoptimierung (nach Prof. C. Mattheck)  SKO: Softwareprogramm zur Topologieoptimierung (nach Prof. C. Mattheck) 3. Einsatzgebiete:  Automotive  Luft- und Raumfahrt

Tailored fiber placement (TFP): Faserplatzierung in Hauptspannungsrichtung Beschreibung Nach dem Vorbild von natürlichen Faserverbundstrukturen, wie sie zum Beispiel bei Pflanzen, Holz und Knochen zu finden sind, werden Bauteile in Faserverbundbauweise in Bezug auf maximale Steifigkeit und höchste Festigkeit optimiert. Die Kurzfasern in Knochen, die sogenannten Knochenbälkchen, passen sich während ihres Wachstums der Belastungsrichtung an. In dieser Orientierung sind die Knochenbälkchen am wenigsten bruchgefährdet und ihre lokalen Deformationen unter Belastung am geringsten. Diese Anpassungsfähigkeit biologischer Strukturen ist auf den Konstruktionsprozess übertragbar. Wird der Knochen als Bauteil betrachtet, kann numerisch berechnet werden, welcher innere Spannungszustand aufgrund einer äußeren Belastung besteht. Der Spannungszustand kann auf verschiedene Weise dargestellt werden, jedoch nur eine Darstellung ist vergleichbar mit der Orientierung der Bälkchen in einem Knochen: der sogenannte Hauptspannungszustand. Fasern in Verbundstrukturen sind so zu legen, dass sie den Hauptspannungsrichtungen folgen. Der Faserverlauf ist dann optimal und maßgeschneidert (tailored fiber placement). Die notwendige Voraussetzung zur Berechnung eines optimalen Faserverlaufs ist somit die Berechnung einer Hauptspannungsrichtung, die mit den Finite-Elemente-Methode (FEM)-Programme (zum Beispiel Abaqus, Ansys, Marc, Nastran etc.) möglich ist. Durch Integration dieser Richtung werden Hauptspannungslinien mittels des Programms CAIOShell (Computer Aided Internal Optimization) berechnet, die den optimalen Faserverlauf repräsentieren. Im Allgemeinen besteht die Optimierung aus CAIO-Faserverläufen, die auf eine Basisschicht aufgestickt werden. Die CAIO-Muster beinhalten genaue XYZ-Koordinaten für Stickautomaten (BMBF BIOTEX-Projekt 03X1000L). Abbildungen: Bild links (Logo): Rovings längs der Hauptspannungsrichtungen S1 und S2 in einem Bootsrumpf unter Wasserdruck. (Quelle: Moldenhauer GmbH) Bild Mitte: Flugzeugspant in einem 3-Punkt-Biegeversuch am Institut für Flugzeugbau Stuttgart (IFB), Prüfaufbau. (Quelle: Institut für Flugzeugbau Stuttgart (IFB), Universität Stuttgart). Anwendung von CAIO zur Auslegung optimierter Faserverläufe in Schalenstrukturen. (Quelle: Moldenhauer GmbH) Die Schwarz-Weiß-Region zeigt die Extraktion von Einzelfasern aus dem S2-Feld. Nur zusammen mit den S1-Fasern, die senkrecht auf den S2-Fasern stehen, ist eine CAIO- Auslegung vollständig. Bild rechts: 2 CAIO- Anwendungen: Fahrradsattel unter dem Gewicht des Fahrers, Rohr mit Aussparungen unter Längskraft. (Quelle: Moldenhauer GmbH)

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH Neu-Isenburg

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DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH Hugenottenallee 175 63263 Neu-Isenburg +49 (0)6102-18-0 +49 (0)6102-18-1224 www.plastics.dupont.com

Mitarbeiter über 1.000 in Deutschland Gründungsjahr 1961 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Frau Fulya Palakaya-Klören +49 (0)2104-494856 +49 (0)2104-494857 fulya.palakaya@dupont.com

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: DuPont ist eines der weltweit größten Unternehmen der chemischen Industrie. Neu-Isenburg ist einer von vier deutschen Standorten. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Tiernahrung und Krankheitsschutz  Bekleidung und Textilien  Chemikalien, Gemische und Lösungen  Verbundwerkstoffe, Zwischenlagen und Laminate  Baumaterialien  Beratungsdienstleistungen und Prozesstechnologien  Materialien für Displays und Beleuchtung  Fasern, Gewebe und Vliesstoffe  Industrielle Biotechnologie  Membranen und Folien  Verpackungsmaterialien und Lösungen  Persönliche Schutzausrüstung  Pharmaprodukte  Pigmente, Farbstoffe und Färbemittel  Kunststoffe, Polymere und Harze  und andere

Kunststoffe für Bionik-Handprothese Beschreibung Die i-LIMB Hand des schottischen Bionik-Spezialisten Touch Bionics (Edinburgh) ist eine neuartige Prothese, die aussieht wie eine menschliche Hand und sich auch so anfühlt. Möglich wurde diese revolutionäre Prothese durch den Einsatz neuester Materialien und Konstruktionstechniken. So verwendet der Hersteller beispielsweise für insgesamt 33 Komponenten der Kunsthand – darunter die einzelnen Fingerglieder und das Gehäuse für die Steuerung – einen besonders robusten und leichten Typ des Hochleistungspolyamids Zytel® HTN von DuPont. Auf Grund des eingeschränkten Bauraums für die Mechanik der Prothesen benötigte Touch Bionics einen hochfesten und steifen Werkstoff, dessen E-Modul mit dem eines menschlichen Knochens vergleichbar ist (15 bis 16 Gigapascal). Zudem waren hohe Schlagzähigkeit und Oberflächenqualität gefordert. Die bionische Hand ist besonders leicht und robust und findet bei den Patienten sowie beim Klinikpersonal gleichermaßen positive Resonanz. Alle fünf Finger der Kunsthand sind individuell angetrieben und mit Gelenken versehen. Dadurch ermöglicht sie dem Prothesenträger völlig neue Griffmuster. Mit dieser neuen Fingerfertigkeit ist der Benutzer in der Lage, bis zu 90 Prozent aller im Alltag wichtigen Bewegungen auszuführen. (Quelle: DuPont de Nemours (Deutschland) GmbH veröffentlicht in materialNews 21.6.2007)

Weitere Informationen www.plastics.dupont.com/plastics/pdflit/europe/design/ed0702e05.pdf www.touchbionics.com/newsevents/latest-news/2006/10/ new-details-of-revolutionary-bionic-hand-technology-revealed Abbildung: i-Limb Hand (Quelle: DuPont/Bionic)

3. Einsatzgebiete:  Konsumgüterindustrie  Kunststoff-, Chemie-, Agro- und Papierindustrie  Beschichtungs- sowie die Klebstoff- und Dichtungsindustrie und andere

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EDAG Engineering GmbH Wiesbaden

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EDAG Engineering GmbH Kreuzberger Ring 40 65205 Wiesbaden +49 (0)611-7375-0 +49 (0)611-7375-265 www.edag.com

Mitarbeiter 7.900 Gründungsjahr 1969 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Dr.-Ing. Martin Hillebrecht +49 (0)661-6000255 +49 (0)661-112524 martin.hillebrecht@edag.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: EDAG ist der führende und unabhängige Entwickler für die Mobilität der Zukunft. Die Expertise ist die Entwicklung kompletter Fahrzeuge, Module und Produktionsanlagen. EDAG arbeitet nach dem Prinzip der „fertigungsoptimierten Lösung“, das heißt, dass Entwicklungsergebnisse auch stets auf die Anforderung der Produktion abgestimmt werden. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Komplettentwicklung von Fahrzeugen und Modulen  Komplettentwicklung von Produktionsanlagen  Kleinserienfertigung (Prototypen, Werkzeugund Karosseriesysteme)  Competence Center „Leichtbau, Werkstoffe und Technologie“  Competence Center „Elektromobilität”  Competence Center „Car-IT"  Designstudio sowie Modell- und Prototypenbau 3. Einsatzgebiete:  Automobilentwicklung und -produktion  Leichtbauproduktionstechnologie  Elektromobilität, Car-IT

Competence Center bei EDAG für Leichtbau, Werkstoffe und Technologien Der Bionik wird besondere Rechnung getragen durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Engineering- und Fertigungsspezialisten mit dem Design als Impulsgeber Beschreibung EDAG beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit angewandter Bionik im Engineering, sei es im Rahmen eigener Studien oder bei vertraulichen Kundenprojekten. Als Beispiel sei ein topologieoptimierter A-Säulen-Knoten aus dünnwandigem Stahlguss genannt. Dieser hochfeste und lastgerecht gestaltete Knoten wurde im Technologieträger des EDAG „Light Car“ verbaut. Um solche Ergebnisse erzielen zu können, arbeiten bei EDAG die Engineering-Disziplinen Leichtbau, Werkstoffe und Technologien eng zusammen. Auch in Anlehnung an die Natur können unsere Designer bionische Konzepte herleiten und mögliche Produktanwendungen umsetzen: Vom Analysieren der Lastfälle und der Funktionen über die topologische Optimierung mittels Computer Aided Engineering (CAE) bis hin zur fertigungsgerechten Gestaltung und dem Abgleich mit Wissensträgern der Biologie. Insbesondere die generativen Herstellungsverfahren, zu denen wir als Modell- und Prototypenbauer bereits eine gute Beziehung haben, bieten in der Bionik ein großes Potenzial. Das neueste Concept Car „EDAG Light Cocoon“und die Beispiele "Bionischer Spaceframe" sowie "GenLight" sind gute Beispiele für diese Potenziale und sollen einen Paradigmenwechsel auf dem Weg zum Leichtbau 2.0 einleiten. Abbildung links: Funktionsdemonstrator von EDAG auf der IAA 2015: Generative Fertigung von ultraleichten multifunktionalen Komponenten am Beispiel PKW Scheinwerfer (GenLight): Die Vision von EDAG ist die werkzeuglose Fertigung von komplexen Strukturen mit unerreichter Gestaltungsfreiheit und maximalem Leichtbaupotenzial für kleine Serien. GenLight verfolgt das Ziel, mittels einer bionischen 3D-gedruckten Kühlstruktur die Lichtleistung der LEDs und die Leistungsfähigkeit des Systems zu erhöhen. (Quelle: EDAG Engineering GmbH) Abbildung rechts: Demonstrator auf der IAA Frankfurt 2015: Gemeinsam mit Laser Zentrum Nord, Concept Laser und BLM zeigt EDAG mit einem bionisch optimierten Spaceframe ein innovatives flexibles Karosseriekonzept. Das Potenzial liegt in der Kombination von lasergenerativ gefertigten Knoten und laser-endenbearbeiteten Profilen. Basis ist der „EDAG Light Cocoon - Von der Natur inspiriert. Generativ gefertigt. Ultimativ leicht und nachhaltig." Der „EDAG Light Cocoon“ ist ein visionäres Fahrzeug-Leichtbaukonzept mit bionisch optimierten und generativ gefertigten (3D-Druck) Fahrzeugstrukturbauteilen. Die skelettartige, organische Fahrzeugstruktur ist extrem leicht, materialminimiert und erfüllt alle statischen und dynamischen Bauteilanforderungen. Die Außenhaut besteht aus einem HighTech Textil, eines der leichtesten Oberflächenmaterialien. (Quelle: EDAG Engineering GmbH)

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Evonik Industries AG Servicebereich Verfahrenstechnik & Engineering / Hanau-Wolfgang

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Evonik Industries AG Rodenbacher Chaussee 4 63457 Hanau-Wolfgang +49 (0)6181-590 +49 (0)6181-593030 www.evonik.com

Mitarbeiter 33.000 Gründungsjahr 2007 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Dr. Juri Tschernjaew +49 (0)6181-595461 +49 (0)6181-5975461 juri.tschernjaew@evonik.com

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Evonik ist eines der weltweit größten Unternehmen der Spezialchemie. Innerhalb des Industrieparks Hanau betreibt Evonik ein innovatives Produktions- und Forschungszentrum für Materialtechnologie, Chemie und Pharma.

Antifouling-Anstriche Beschreibung Evonik Industries AG setzt in einigen innovativen Projekten auf die Bionik. Der Servicebereich Verfahrenstechnik & Engineering und der Geschäftsbereich Inorganic Materials der Evonik Industries AG in Hanau haben in der Vergangenheit im Rahmen eines BMBF-Projektes an Additiven gearbeitet, mit denen natürliche, ungiftige Aktivstoffe durch Mikroverkapselung in handelsübliche Schiffslacke eingebunden werden sollten und mit denen die Lackoberfläche zusätzlich gezielt strukturiert werden kann. Als Vorbild aus der Natur orientiert sich das Projekt dabei an Delphinen und Haien, deren spezielle Hautoberflächen das Anwachsen von Biofilmen verhindert. Ein anderes Vorbild war ein im Meer lebender Schwamm, der den Bewuchs mit natürlichen Aktivstoffen abwehrt. Die Ergebnisse des BMBF-Projektes waren Lackformulierungen mit nachweislicher AntifoulingWirkung. Aufgrund des momentanen technologischen Stand können diese Formulierungen noch nicht wirtschaftlich hergestellt werden. Weitere Informationen: http://content.media.cebit.de/media/000081/0081125ger.pdf Abbildung: Testplatte links mit Antifouling-Wirkung; Testplatte rechts ohne Antifouling-Wirkung. (Quelle: Evonik Industries AG)

2. Produkte und Dienstleistungen:  Inorganic Materials (Spezialchemikalien)  Advanced Intermediates (Produkte zur Weiter verarbeitung in Endanwendungen wie Kunst stoffen, Agro- und Papierprodukten)  Coatings & Additives (Beschichtungen, Zusätze)  Consumer Specialties (Rohstoffe, Additive und Wirkstoffe für Konsumgüter)  Performance Polymers (Hochleistungs materialien)  Health & Nutrition (Gesundheitsprodukte und Nahrungsmittel) 3. Einsatzgebiete:  Konsumgüterindustrie  Kunststoff-, Chemie-, Agro- und Papierindustrie  Futtermittel- und Pharmaindustrie  Lack-, Farb- und Beschichtungs-, Klebstoff und Dichtungsindustrie  Beteiligungen in den Bereichen Energie und Immobilien

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Hochschule Darmstadt - Institut für Industrie-Design (IFID) Darmstadt

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Hochschule Darmstadt – Institut für Industrie-Design Eugen-Bracht-Weg 6 64287 Darmstadt +49 (0)6151-8331 +49 (0)6151-8940 www.ifid-da.de

Mitarbeiter 8 Gründungsjahr 2009 Kontaktperson Telefon E-Mail

Prof. Tom Philipps +49 (0)171-5123993 tom.philipps@ifid-da.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Das IFID ist eine wissenschaftliche Einrichtung des Fachbereichs Gestaltung/ Studiengang IndustrieDesign der Hochschule Darmstadt. Es fördert die Gewinnung wissenschaftlicher und gestalterischer Erkenntnisse sowie die wissenschaftliche und gestalterische Grundlegung und Weiterentwicklung von Lehre und Studium auf dem Gebiet des Industrie-Designs. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Lehre  Forschung  FuE-Projekte  Entwicklung neuer Methoden und Modelle 3. Einsatzgebiete:  Elektromobilität  Medizintechnik

Baustellenanschlagpunkte, Emergency Airdrop System und Ornithopterstudie Beschreibung Studenten und wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Industriedesign haben bereits mehrfach Projektideen ausgearbeitet, die einen bionischen Hintergrund haben. Beispielhaft werden drei Projekte vorgestellt: SIGECCO ist ein System von mobilen Anschlagpunkten und weiteren Anschlagmitteln, das die temporäre Einrichtung und die Unterhaltung von Versorgungsstrukturen auf einer Baustelle ermöglicht. Strangbündel für Drehstrom, Wasser, Gas und Kommunikation, Baustromverteiler und Baustellenbeleuchtung können auf eine sehr einfache und schnell handhabbare Art, rückstandsfrei und ohne weitere Hilfsmittel an Wänden und Decken befestigt werden. Die reversible Haftung erfolgt durch Nano-Haftplatten und durch eine biomimetisch inspirierte Methode zum Fixieren, Lösen und Umsetzen der Anschlagpunkte. Das EMERGENCY AIRDROP SYSTEM ist ein neu entwickeltes Hilfsgut-Abwurf-System, das die Fähigkeit des passiven Fliegens nach dem Vorbild von Flügelsamen nutzt. Das zentrale Element, der Gütercontainer, befindet sich im Zentrum der Flügelkonstruktion. Durch das Gewicht des Containers innerhalb des Systems wird das Zusammenfalten der Flügel ermöglicht und eine optimale Transportsituation geschaffen. Beim Abwurf der Güter entfalten sich die Flügel aufgrund des nun freien Raumes. Das System wird sofort in Autorotation versetzt, so dass Auftrieb erzeugt und der Aufprall verringert wird. MILAN ist eine Ornithopterstudie (Flugschlagapparat), die auf einer Material-Machbarkeitsstudie aufbaut. Eine auf einem Exoskelett basierende Konstruktion zitiert die zukünftigen Möglichkeiten und Optionen der Nanotubes-Technologie. Mit Hilfe von Carbon-Nanotubes-Muskeln könnte die komplizierte Bewegungsabfolge eines Flügelschlags, unter Berücksichtigung der dynamischen Belastungen und der notwendigen Leichtbauvorgaben, nachempfunden werden. Diese konsequente Verbindung aus Leichtbau, modernsten Materialien und einer effektiven Energieversorgung ermöglicht es zukünftig, ein Fluggerät zu erstellen, welches den lang ersehnten Menschheitstraum vom „Fliegen wie ein Vogel“ erfüllen kann. Weitere Informationen www.ifid-da.de Abbildung oben links: Ornitopterstudie „Milan”; Abbildung oben rechts: Emergency Airdrop System; Abbildung unten links: Anschlagspunkt Sigecco (Quelle: Prof. Tom Philipps)

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Honda Research Institute Europe GmbH Offenbach

Honda Research Institute Europe GmbH Carl-Legien-Straße 30 63073 Offenbach/Main +49 (0)69-890110750 +49 (0)69-89011749 www.honda-ri.de

Gründungsjahr 2003 Kontaktperson E-Mail

Prof. Dr. Bernhard Sendhoff info@honda-ri.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Innovation through science – “HRI contributes to Honda's dream of a sustainable and joyful society by creating innovations that harmonize technology, nature and people.” 2. Produkte und Dienstleistungen: Die Erforschung intelligenter Systeme ist der Fokus des Honda Research Institute Europe. Intelligente Systeme werden unsere Zukunft in mannigfaltiger Weise beeinflussen. Nachhaltige und sichere Mobilität, kognitive Roboter, intelligentes Prozessmanagement und maximale Ressourceneffizienz sind einige der Kernthemen, die am Institut Beachtung finden. Intelligenz ist entscheidend, um Komplexität in Produkten und Prozessen effektiv gestalten zu können. 3. Einsatzgebiete:  Mobilität  Robotik

Kognitive Systeme & Repräsentationen, Sensorische Verarbeitung & Lernen, Systemarchitektur & Embodiment, Optimierung & Analyse komplexer Systeme Beschreibung Die oben genannten bionischen Kompetenzen fließen in verschiedene Projekte ein, die intelligente Verfahren und Technologien erforschen, weiterentwickeln und auf Probleme und Herausforderungen von Mobilitätslösungen und Prozessabläufen der Zukunft anwenden. Das nachfolgende Beispiel „Bildverarbeitung mit optischem Fluss zur frühen Erkennung von Gefahren“ verdeutlicht wie bionische Verfahren1 technische Anwendung finden. 1

Gibson, J.J. (1950). The Perception of the Visual World.

Bildverarbeitung mit optischem Fluss zur frühen Erkennung von Gefahren

optical flow field

approaching car detection

Die Abbildungen verdeutlichen den Ablauf der Bildverarbeitung: Die Verkehrsteilnehmer im Vordergrund werden mit Hilfe des Prinzips des optischen Flusses vom Hintergrund getrennt. Damit werden die Bewegungen im Bild berechnet und sich unterschiedlich bewegende Bildbereiche getrennt. Gegebenenfalls wird der Fahrer optisch gewarnt. rider view in dashboard

Adresse Telefon Telefax Internet

Abbildungen oben links: Repräsentation von Elementen einer Verkehrsszene; Online Lernen von Objekten in der Interaktion zwischen Mensch und Roboter. (Quelle: Honda Research Institute Europe GmbH) Abbildungen oben rechts: Deformationsgitter um ein Fahrzeugmodell; Beispiel einer Topologieoptimierung. (Quelle: Honda Research Institute Europe GmbH)

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IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner Ginsheim-Gustavsburg

Adresse Telefon Internet

IBDH Ingenieurbüro Dr. Hübner Albert-Einstein Straße 19 65462 Ginsheim-Gustavsburg +49 (0)6144-9800866 www.alice-dsl.net/ martinhuebner

Mitarbeiter 1 Gründungsjahr 2008 Kontaktperson Telefon E-Mail

Dr. Martin Hübner +49 (0)6144-9800 866 mhuebner2000@aol.com

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum:  Ingenieurbüro mit Beratungsschwerpunkt für branchenunabhängige Qualitäts- und Unternehmensentwicklung 2. Produkte und Dienstleistungen:  Kontinuierliche Verbesserungsprozesse (KVP)  Qualitätsverbesserungen, Kaizen, SixSigma, TQM  Zuverlässigkeits-/Verfügbarkeitsberechnung (MTBF/RAMS)  Risikoanalyse (FMEA/FMECA)  Design of Experiments (DoE)  Optimierung multivariabler Systeme und Organisationsstrukturen  Qualitätsmanagement 3. Einsatzgebiete:  Fahrzeugbau  Maschinenbau  IT  Feinwerktechnik/Optik  Consulting  Luftfahrttechnik  Öl- und Gasindustrie Offshore

Optimierung multivariabler Systeme mittels Evolutionsstrategie Beschreibung Die Evolutionsstrategie bietet die Möglichkeit, die Parameter eines Systems so einzustellen, dass ein vorgegebenes Optimierungsziel bestmöglich erfüllt wird. Dabei dürfen die Parameter auch voneinander abhängig sein – eine Bedingung unter der herkömmliche Optimierungsverfahren meist versagen. Bei der Optimierung von Tragflügelprofilen konnte die Evolutionsstrategie erfolgreich angewendet werden. Die Evolutionsstrategie ist eine Methode, die die natürliche Evolution als Vorbild hat. Die biologische Evolution beruht im Wesentlichen auf Mutation, Rekombination und Selektion. Die Evolutionsstrategie hat zum Ziel, Handlungsregeln für eine schrittweise genauer werdende Nachahmung der natürlichen Evolution zu entwerfen. (Quelle: nach Nachtigall, W.: Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 2. Auflage. Heidelberg: Springer Verlag, 2002)

Weitere Informationen www.consultingregion.de/consulting/content/ dr-martin-hübner-ibdh-ingenieurbüro-drhübner-qualitätsmanagement www.xing.com/companies/ibdh-ingenieurbürodr.hübner

Bionik

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Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Institut für Experimentelle Biomechanik Ober-Mörlen

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Privates Institut für Experimentelle Biomechanik Sandgasse 24 61239 Ober-Mörlen +49 (0)6002-377386 www.biomechanik-iebm.de

Gründungsjahr 2006 Kontaktperson Telefon E-Mail

Prof. Dr. biol. hom. Dipl.-Ing. Andreas Geck +49 (0)6002-377386 a.geck@biomechanik-iebm.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Förderung interdisziplinärer Forschung und Entwicklung in Medizin und Naturwissenschaften 2. Produkte und Dienstleistungen:  Unabhängige Bewertung und Begutachtung von biomechanischen und medizintechnischen Lösungsansätzen  Entwicklung von Modellen und Konzepten für Medizintechnik, Biomechanik und Bionik  Bearbeitung messtechnischer Fragestellungen der Biomechanik und Bionik  Entwicklung von Endo- und Exoprothesen sowie medizintechnischer Geräte und Hilfsmittel

Implantat zur axialen polysegmentalen Spondylodese der Halswirbelsäule Beschreibung Ziel dieses Projektes war es, einen neuen Typ von Endoprothesen zu entwickeln, der im Gegensatz zu bisher verfolgten Ansätzen einen besseren Therapieerfolg im Langzeiteinsatz ermöglicht. Dazu wurden bestehende technische Lösungen analysiert und vorhandene Messdaten ausgewertet. Umfangreiche eigene Untersuchungen zur Biomechanik der menschlichen Halswirbelsäule ergänzten das Untersuchungsspektrum. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse entstand ein neuartiges Endoprothesen-Konzept, das die biologischen Konstruktionsprinzipien der Halswirbelsäule stärker berücksichtigt als bisherige Endoprothesen. Die Implantation und Verankerung des Implantates innerhalb des Wirbelkörpers bewirkt eine bessere Abstimmung von biologischer Struktur und technischer Konstruktion unter statischer und dynamischer Belastung. Diese verbesserte Abstimmung hat eine optimierte Stabilisierung der Halswirbelsäule und insbesondere eine verbesserte Langzeitstabilität zur Folge. Eingetragenes Patent unter der Nummer: DE 10 2006 022 431 A1 2007.01.18 Implantat mit einem Verbindungsstück zur Überbrückung eines defekten Wirbelkörpers der Halswirbelsäule eines Menschen; axiale, bikortikale, verriegelbare, mehrsegmentale HWSEndoprothese. Abbildung: Implantat zur axialen polysegmentalen Spondylodese der Halswirbelsäule (Quelle: A. Geck)

3. Einsatzgebiete:  Medizin  Medizintechnik  Orthopädie  Endo-/Exoprothetik

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KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH Obertshausen

Adresse Telefon Telefax Internet

KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH BUSINESS UNIT WARP KNITTING Brühlstraße 25 63179 Obertshausen +49 (0)6104-4020 +49 (0)6104-4027360 www.karlmayer.com

Mitarbeiter 2.000 weltweit Gründungsjahr 1937 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Michael Kieren +49 (0)6104-4020 +49 (0)6104-40273316 michael.kieren@karlmayer.com

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: KARL MAYER ist Weltmarktführer in den Bereichen Kettenwirk- und Raschelmaschinen sowie Kettvorbereitungsanlagen. Die familiär geführte Firmengruppe mit Sitz in Obertshausen bei Frankfurt/M. beschäftigt mehr als 2.000 Mitarbeiter. Das Unternehmen verfügt über Niederlassungen in den USA, Großbritannien, Italien, Hongkong, Japan und China sowie in der Schweiz. KARL MAYER operiert in den Geschäftsbereichen Wirkmaschinen, Kettvorbereitung und Technische Textilien 2. Produkte und Dienstleistungen:  Textilmaschinen zur Herstellung von  Bekleidungstextilien  Sporttextilien  Heimtextilien  Technische oder semitechnische Textilien 3. Einsatzgebiete:  Automotive  Industrie  Composites  Sport  Wäsche und Fashion

Textilien mit Oberflächen und Aufbau nach bionischem Vorbild Beschreibung Auf Grundlage der Beobachtung der Funktionsweise der Haifischhaut wurden neue synthetische Stoffe entwickelt, die bei der Verwendung in Schwimmanzügen für Leistungssportler den Strömungswiderstand verringern. Die Anzüge verschaffen dem Träger beim Schwimmen einen Zeitvorsprung von bis zu 1,5 Sekunden auf einer 100-Meter-Strecke. Zur Herstellung der Spezialtextilien für die Schwimmanzüge nach dem Vorbild der Haifischhaut werden Hochleistungs-Kettenwirkmaschinen von KARL MAYER eingesetzt. Weitere Textilmaschinen aus dem Hause KARL MAYER dienen der Fertigung von Klettverschlüssen für Babywindeln – eine Anwendung, bei der die Klette Pate stand – und der Produktion von Abstandsgewirken mit vielfältigen Funktionen. Das Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) in Denkendorf entwickelte aus den textilen Spacern (Abstandsgewirken) nach dem Vorbild des Eisbärfells einen Verbund mit speziellen isolierenden Eigenschaften. Das innovative Material verwendete das ITV in dem energieunabhängigen Gebäude „Eisbär-Pavillon“, das auf dem Gelände des ITV steht. Zudem setzte das ITV ein Projekt zur Herstellung von Nebelkollektoren für die Wassergewinnung in der Wüste um. Wie es geht zeigte der Wüstenkäfer Onymacris. Das ITV entwickelte 3D-Gewirke und Netze, die nach dem Vorbild dieses Überlebenskünstlers über Kondensation Nebel in Wasser umwandeln. Die dabei eingesetzten Textilien wurden auf Maschinen von KARL MAYER gefertigt. Weitere Informationen www.itv-denkendorf.de/images/ITV/Newsletter/newsletter_01_13.pdf Abbildung links: Südseite des Eisbär-Pavillons mit im Dach eingebauten solarthermischen Kollektorbahnen (© ITV). (Quelle: KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH) Abbildung rechts: Klettverschlüsse werden auf Maschinen aus der KARL MAYER Textilmaschinenfabrik GmbH hergestellt (Quelle: Bionik-Sigma)

Bionik

Kompetenzmatrix

Kompetenzprofile

Netzwerke & Organisationen

Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik – PräBionik Institut für Materialwissenschaften (ifm), FB Informatik und Ingenieurwissenschaften, Frankfurt/M.

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Frankfurt University of Applied Sciences Nibelungenplatz 1, Gebäude 4 60318 Frankfurt/M. +49 (0)69-1533 0 +49 (0) 69-15332400 www.fh-frankfurt.de www.praeventivebiomechanik.eu

Gründungsjahr 1971 Kontaktperson Telefon Telefax

Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Silber +49 (0)69-15333035 +49 (0)69-15333030

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Die FH Frankfurt/M. ist Koordinatorin des gemeinsamen Forschungsverbundes. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Antragstellung und Durchführung von FuEProjekten mit Industriepartnern  Lehrveranstaltungen und Seminare  Durchführung von Experimenten an technischen Materialien und in vivo-Experimenten an Probanden mit Spezialvorrichtungen und bildgebenden Verfahren (MRT)  Auswertung auf Basis kontinuumsmechanischer Methoden und der Materialtheorie  Strukturmechanische Analysen mit Hilfe der FEM  Berechnung und Simulation mechanischer Interaktionen zwischen dem Menschen und technischen Stützkonstruktionen 3. Einsatzgebiete:  Entwicklung von Produkten aus dem technischen und medizinischen Marktsegment auf Basis biomechanischer Erkenntnisse  Biomechanische Optimierung technischer und medizinischer Produkte auf Basis geeigneter Optimierungskriterien

Entwicklung digitaler Menschmodelle mit in vivo-Eigenschaften und Simulation mechanischer Interaktionen Beschreibung Im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts (Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlichökonomischer Exzellenz) Präventive Biomechanik (PräBionik) werden am Institut für Materialwissenschaften der Fachhochschule Frankfurt/M. die mechanischen Wechselwirkungen zwischen bestimmten Regionen des menschlichen Körpers und technischen Stützkonstruktionen wie Autositzen, Gefäßprothesen oder Sportschuhen untersucht. Ziel ist es, Verletzungsrisiken durch biomechanisch optimierte Produkte – vom Joggingschuh über Fahrradsättel, Sitzpolster, Liegesysteme bis hin zum Auto- und Flugzeugsitz – zu minimieren und den Sitz- und Tragekomfort zu erhöhen. Die Analyse mechanischer Interaktionen zwischen dem menschlichen Körper beziehungsweise einzelnen Körperregionen und extrakorporalen Stützkonstruktionen (etwa Liege- und Sitzsystemen bei Ruhelagen oder Crash, Gesundheits- und Sportschuhen beim Gehen und Laufen) oder intrakorporalen Stützkonstruktionen (etwa Gefäßstützen oder Implantate (Endoprothetik)) stellt eine wesentliche Grundlage der Präventivbiomechanik in Medizin, Biologie und Sport dar. Für solche Analysen sind universell einsetzbare komplexe 3D-Mensch-Modelle erforderlich, die sehr effizient auf Basis der Finite Elemente Methode (FEM) erstellt werden können. Diese im Ingenieurwesen zur Optimierung technischer Bauteile weit verbreitete Berechnungsmethode erlaubt die Optimierung virtueller Mensch-Modelle (BOSS-Modelle - Body Optimization & Simulation System), die es möglich machen, unterschiedliche Effekte während der Interaktion mit technischen Stützkonstruktionen zu simulieren und zu messen. (Textquelle: verändert nach www.praeventive-biomechanik.eu/cms/teilprojekte/32-mm.html)

In insgesamt 14 Teilprojekten werden Fragestellungen zu gesundheitsgefährdenden Interaktionen zwischen humanen Weichgeweberegionen und Stütz-Konstruktionen (Hilfsmittel) sowie Implantaten in Knochen und Knorpel aus dem klinischen Alltag in interdisziplinären Ansätzen aus Ingenieurwissenschaften, Biologie und Medizin bearbeitet. Weitere Forschungsverbundpartner: Goethe-Universität Frankfurt/M., Philipps-Universität Marburg Assoziierte Einrichtungen: Bergische Universität Wuppertal, Johannes Gutenberg Universität Mainz und Katholisches Klinikum Mainz Abbildungen: Mechanische Interaktionen zwischen Weichgeweberegionen und Stützkonstruktionen (Studien) (Quelle: Institut für Materialwissenschaften (ifm), Frankfurt/M.) Abbildung links: extrakorporale Stützkonstruktion Gesäß/Sitz Abbildung rechts: intrakorporale Stützkonstruktion Stent/Gefäß

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Philipps Universität Marburg AG Molekulare Bionik Marburg

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Philipps Universität Marburg AG Molekulare Bionik Hans-Meerwein-Straße 4 35032 Marburg/Lahn +49 (0)6421-2822030 +49 (0)6421-2822021 www.uni-marburg.de/ fb15/ag-geyer

Mitarbeiter 10 Gründungsjahr 2010 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Prof. Dr. Armin Geyer +49 (0)6421-2822030 +49 (0)6421-2822021 armin.geyer@ staff.uni-marburg.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum:  Synthese von Peptiden und Peptidmimetika  NMR-Spektroskopie 2. Produkte und Dienstleistungen:  Forschung und Lehre 3. Einsatzgebiete:  Biomineralisation  Auto-Antikörper

Synthese von Biohybridverbindungen – NMR-Spektroskopie Beschreibung Die richtige Abfolge der Bausteine eines Biopolymers ist mit der korrekten Abfolge der Buchstaben in einem Wort vergleichbar. Ein falscher Buchstabe kann die gesamte Bedeutung eines Wortes verändern („Fisch“ wird zu „Tisch“), so wie eine vertauschte Aminosäure die Form einer Peptidkette vollkommen verändert. Die Natur benötigt nur 20 unterschiedliche Aminosäuren, um großartige Proteinstrukturen mit hoher Präzision aufzubauen. Vergleichbar einem Autor, der mit nur 26 Buchstaben des Alphabets ganze Romane schreibt. Ein Roman ist viel mehr als nur ein langer Buchstabenwurm, so wie das Protein viel mehr ist, als nur eine Abfolge unterschiedlicher Aminosäuren. Auf molekularer Ebene bedeutet Bionik die Synthese sequenzspezifischer Polymere mit vorgegebenen Abmessungen. Aus dieser einheitlichen Form der Moleküle folgt die Funktion nach dem Vorbild der Natur. Dabei greifen die Moleküle wie Zahnräder ineinander, man spricht von einem molekularen Erkennungsprozess. Da alle Polymermoleküle die gleiche Länge (monodispers) und eine identische Abfolge von Monomerbausteinen besitzen, führen alle den gleichen molekularen Erkennungsprozess aus, insgesamt sehr viel selektiver als dies mit üblichen synthetischen Polymeren erreichbar wäre. Ein solches Epitop kann ein wiederkehrendes Ladungsmuster auf einem Molekülstäbchen sein, welches dann die Biomineralisation von Kieselsäure vermittelt. Vorbild hierfür sind die Kieselsäure-bildenden Lebewesen, welche ähnliche Prinzipien für die hierarchische Biomineralisation ihrer Skelette oder Schalen nutzen. Dabei entscheidet die präzise räumliche Präsentation eines Ladungsmusters über den Erfolg des Fällungsprozesses. Zahlreiche Anwendungen formstabiler Peptide ergeben sich bei medizinischen Fragestellungen, wo es auf molekularer Ebene oft um die korrekte Ausbildung großflächiger Kontakte zwischen Proteinen geht. Unsere synthetischen Epitope kommen dort zum Einsatz, wo es um die Aufklärung molekularer Erkennungsprozesse geht. Als erfolgreiche Anwendungen der synthetischen Epitope sind hier die Bindung von Autoantikörpern der Rheumatischen Arthritis oder der Alzheimer-Demenz zu nennen. Weitere Buchstaben werden als Informationsträger nur dann in ein Alphabet aufgenommen, wenn sie neue Funktionen vermitteln. Bis in unsere Alltagssprache schaffen es allerdings nur ganz wenige Schriftzeichen. Prominente Beispiele für solche Neuerungen auf der PC-Tastatur sind das @ oder das €. Eine neue Aminosäure in ein Epitop zu integrieren lohnt auch nur, wenn diese Aminosäure etwas ganz besonderes kann. Auch dazu drängt sich die Analogie zwischen Chemie und Sprache auf. Was auf dem Gebiet der Aminosäuren bisher unbekannt war, sind Bausteine, die den Steuerbefehlen auf der Tastatur entsprechen. Die Funktion, die einem

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„Zeilenumbruch“ vergleichbar ist, wurde durch den Einbau einer neuen Aminosäure in ein synthetisches Protein realisiert. Diese neue Aminosäure hat die Form einer Haarnadelkurve und ersetzt zwei herkömmliche Aminosäuren, deshalb der doppelt so lange Name Hot=Tap. Hot=Tap schränkt die Beweglichkeit des Proteins auf ein Minimum ein. Wie ein Scharnier hält es die benachbarten Aminosäureketten in vorhersagbarer Form fest. Für planbare Peptidarchitekturen besteht großer Bedarf in der medizinischen Forschung. Als formstabile Epitope können diese Peptide dann Antikörper erkennen, vergleichbar einem Schlüssel, der nur in ein ganz bestimmtes Schloss passt. Die Planung eines formstabilen Epitops sowie der Aufbau am Peptidsynthesizer ist nur dann möglich, wenn man auch die notwendigen analytischen Methoden zur Charakterisierung dieser Peptidarchitektur zur Verfügung hat. Höchste Genauigkeit bei der Bestimmung der relativen räumlichen Anordnung von Atomen liefert die Kristallstrukturanalyse, welche als Beugungsmethode jedoch an einen Kristall gebunden ist, worin die Einzelmoleküle wie Ölsardinen in einer Büchse zusammengepfercht sind. Die Kernresonanz-(NMR-)Spektroskopie hingegen charakterisiert das Molekül im gelösten Zustand, wo auch die molekularen Erkennungsprozesse stattfinden. Man sieht dem Molekül (bildlich Sardine) beim Schwimmen zu und kann so das harmonische Zusammenspiel der Funktion der Seitenketten (bildlich Flossen) zur Bestimmung der Funktion identifizieren. Anschauliche Analogien sind sehr schnell überstrapaziert, sie sind jedoch wertvoll, wenn es darum geht, neue Anwendungsgebiete für die Molekulare Bionik als chemische Synthese formstabiler Biohybridverbindungen zu erschließen. Abbildung: Aminosäuren (Quelle © AG Molekulare Bionik) Abbildung linke Seite, linkes Bild: Die Tastatur der natürlichen Aminosäuren wird durch synthetische Bausteine erweitert Abbildung linke Seite, rechtes Bild: Am Peptidsynthesizer können lange Peptidketten einfach zusammengesetzt werden Abbildung rechte Seite, linkes Bild: Die NMR-Spektroskopie identifiziert die dreidimensionale Form der Peptidkette Abbildung rechte Seite, rechtes Bild: Wie der Verschluss einer Perlenkette, so benötigt die Ligation der beiden Enden der Peptidkette einen molekularen Haken und eine dazu passende Öse (Quelle: Prof. Dr. Armin Geyer)

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Rittal GmbH & Co. KG Herborn

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Rittal GmbH & Co. KG Auf dem Stützelberg 35745 Herborn +49 (0)2772-5050 +49 (0)2772-5052319 www.rittal.de

Mitarbeiter Weltweit 10.000 Gründungsjahr 1961 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Uwe Scharf +49 (0)2772-5050 +49 (0)2772-5052319 info@rittal.de

Schockpalette, Kabeleinführung Beschreibung Die Ergebnisse einer Kooperation mit dem Team um Prof. Dr. Thomas Speck von der Universität Freiburg können sich sehen lassen. Darunter befinden sich zum Beispiel neue Ansätze für Kabeleinführungen. Das sind Öffnungen beziehungsweise Verschlusssysteme, durch die sich Kabel in einen Schaltschrank einführen lassen. Diese sollten breit genug sein, um Kabel leicht aufnehmen zu können, zugleich aber das Eindringen von Feuchtigkeit, Staub und Schmutz verhindern. Dazu gab es zwei Vorbilder aus der Natur: die Blüten und Fangblätter der Venusfliegenfalle, einer fleischfressenden Pflanze aus der Familie der Sonnentaugewächse. Insekten gehen diesem Gewächs regelrecht in die Falle. Die Blütenblätter schließen sich über ihrem Opfer wie ineinander gefächerte Lamellen und geben es nicht wieder frei. Dieses Verschlusssystem, das sich in ähnlicher Weise beim Waldkaktus findet, lieferte die Idee für die Gestaltung einer optimal abdichtenden Kabeleinführung.

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Rittal ist weltweit führender Systemanbieter für Schaltschränke, Stromverteilung, Klimatisierung, IT-Infrastruktur sowie Software und Service. 2. Produkte und Dienstleistungen: „Rittal – Das System” vereint innovative Produkte, zukunftsweisende Engineering-Lösungen und weltweiten Service für vielfältige Anforderungen. 3. Einsatzgebiete:  Unterschiedlichste Branchen  Maschinen- und Anlagenbau  Automobilindustrie  Informationstechnologie  und andere

Eine interessante Lösung für den sicheren Transport von Schaltschränken, in die bereits hochsensible Elektronik eingebaut ist, bietet eine der Natur nachempfundene, schockabsorbierende Palette. Das Konzept ist ebenso einfach wie schlüssig: Zur Dämpfung der Paletten werden künstliche „Stacheln“ eingesetzt, die dabei helfen, Stöße effektiv abzumildern. Bei der Strukturoptimierung der Palette ließen sich die Bioniker und Bionikerinnen von den Stacheln der Igel und Stachelschweine inspirieren, die die Tiere vor Sturzverletzungen schützen. Die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen ermöglicht das Recycling der Palette, was bei herkömmlichen Produkten bisher nicht möglich ist. Die bionische Schockpalette ist eine gemeinsame Entwicklung der Firma Rittal, der Universität Freiburg und dem ITV Denkendorf. (verändert nach: Nanotechnologie in der Natur - Bionik im Betrieb: Bandnummer 20 der Schriftenreihe Technologielinie Hessen-Nanotech, 2011).

Weitere Informationen www.faszination-zukunft.de/bionik/rittal.asp Abbildung links: Schockpalette (Quelle: Rittal GmbH & Co. KG) Abbildung rechts: Kabeleinführung (Quelle: Rittal GmbH & Co. KG)

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Sensitec GmbH Lahnau

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Sensitec GmbH Georg-Ohm-Straße 11 35633 Lahnau +49 (0)6441-97880 +49 (0)6441-978817 www.sensitec.com

Mitarbeiter 140 Gründungsjahr 1999 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Dr. Rolf Slatter +49 (0)6441-978813 +49 (0)6441-978817 rolf.slatter@sensitec.com

Sensoren für bionisch inspirierte Leichtbauroboter Beschreibung Eine der Hauptanwendungen für magnetoresistive (MR-) Sensoren von Sensitec ist die Winkelmessung. Das berührungslose, verschleißfreie Messprinzip kombiniert mit hoher Genauigkeit und Dynamik und macht den MR-Sensor zu einer idealen Wahl für den Maschinenbauer. Dabei bietet der MR-Sensor unterschiedliche Möglichkeiten, Winkelstellungen zu erfassen. Er weist dabei eine hohe Präzision, geringe Abmessungen, hohe Zuverlässigkeit und Robustheit gegenüber schwierigen Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel sehr hohe oder niedrige Temperaturen, Schmutz oder Staub auf. Aufgrund dieser Eigenschaften ist er hervorragend für den Einsatz in Leichtbaurobotern geeignet oder auch in sogenannten Schreitrobotern, die sich häufig an biologischen Vorbildern, wie Insekten oder dem menschlichen Bewegungsapparat orientieren. Die Winkelmessung gibt dabei Aufschluss über die Position zum Beispiel von Rädern oder Roboterarmen. Die Messung erfolgt entweder am Wellenende oder am Wellenumfang.

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Sensitec ist ein führender Hersteller von Sensoren basierend auf dem magnetoresistiven (MR-) Effekt, die zum hochpräzisen Messen von Weg, Winkel, Position, Strom oder Magnetfeld eingesetzt werden. In der Waferfabrik am Standort Mainz werden die Mikrochips in Dünnschichttechnik unter automobilen Qualitätsanforderungen hergestellt und am Standort Lahnau mit Elektronik zum kompletten Sensorsystem bestückt.

Abbildung links: Typisches magnetoresistives Encoder-Kit für Robotikanwendungen (Quelle: Sensitec GmbH) Abbildung rechts: Sensoren von Sensitec steuern die Bewegungen des Marsrovers „Curiosity" (Quelle: NASA/JPL-Caltech)

2. Produkte und Dienstleistungen:  MR-Sensoren und magnetische Mikrosysteme zum präzisen Messen von Weg, Winkel, Position, Strom oder Magnetfeld  Maßverkörperungen  Chip-Design und -Fertigung  integrierte Auswerteschaltungen, Komponenten und Systemlösungen in Standardausführung und nach Kundenspezifikation 3. Einsatzgebiete:  Industrieautomation  Automotive  Medizintechnik  Antriebstechnik  Luft- und Raumfahrt  und andere

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Technische Universität Darmstadt Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Konstruktives Gestalten und Baukonstruktion, Darmstadt

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Technische Universität Darmstadt KGBauKo Franziska-Braun-Straße 3 64287 Darmstadt +49 (0)6151-16-3493 +49 (0)6151-16-7034 www.kgbauko.de

Mitarbeiter Bis zu 15 Gründungsjahr 1998 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Professor Architekt Stefan Schäfer +49 (0)6151-163493 +49 (0)6151-167034 info@kgbauko.tu-darmstadt.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Interdisziplinäre Lehre und Forschung im Spannungsfeld der Architektur und der Bauingenieurwissenschaften, mit Fächern wie Baukonstruktion, Konstruktives Gestalten, Green Building Design, Grundlagen der Hochbaukonstruktion, Grundlagen des Planens, Entwerfens und Konstruierens GPEK, Freihandzeichnen, Geschichte des Konstruktiven Ingenieurbaus und Immobilienwirtschaft. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Lehre und Forschung  Beratung  FuE-Projekte  Entwicklung neuer Methoden und Modelle  Mathematische Simulierung 3. Einsatzgebiete:  Architektur/Bauen/Planung  Leichtbau  Allgemeines Konstruieren  Formgestaltung und Falten  Green Building Design  Energiebionik  Bionische Optimierung  Materialtechnologien

Lehre „Bionik im Bauwesen“ – Verwertbare Lösungen für die Fragen des Bauens Intelligente Bauwerke reagieren auf die Umwelt Beschreibung Die meisten Bauwerke sind überwiegend statisch und passiv, das heißt, sie können ihr Tragverhalten nicht situationsabhängig ändern. Fernziel der Baubioniker ist es jedoch, intelligente und aktive Tragwerke zu entwickeln, die während ihrer gesamten Lebensdauer den Umwelteinflüssen und Belastungen Rechnung tragen können. Heutige Brücken zum Beispiel sind auf permanente Maximallast ausgelegt, was mit hohem Materialverschleiß einhergeht. Intelligente Brücken dagegen könnten sich der jeweiligen Situation anpassen. Sie versteifen sich stärker, wenn sie belastet werden, zum Beispiel wenn ein Zug darüber fährt. In Phasen minimaler Belastung entspannen sie. Seilgestützte Brücken könnten bei einer auftretenden Belastung die Länge ihrer Trageseile mit Hilfe computergesteuerter Pressen automatisch den jeweiligen Kräften anpassen. Je kürzer die Seile, desto höher ist die Stabilität und Leistungsfähigkeit der Brücke. Entfernt sich der Zug wieder, entspannen die Seile, was den Materialverschleiß drastisch senkt. Im Umkehrschluss sind damit auch größere, leistungsfähigere Bauwerke denkbar (also auch Brücken größerer Spannweiten). Werden bionische Lösungen konsequent eingesetzt, bergen sie ein enormes Potenzial für verschiedene Bereiche:

Materialersparnis Leistungssteigerungen Energieeinsparungen Optimierung Kostenersparnisse Verbesserte Aufenthalts-, Arbeits- und Lebensbedingungen Funktionale Verbesserungen

Weitere Informationen www.massivbau.tu-darmstadt.de/kgbauko/forschung_6/aktuelleforschungsvorhaben_2/ bionik/bionikimbauwesen_1.de.jsp „Wie Wollen Wir In Zukunft Bauen?“ Festschrift zum 60. Geb. von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger, Dresden 2011, Vortrag Prof. Dipl.-Ing. Architekt Stefan Schäfer „Bionik – Lösungen für die Fragen des Bauens?“ S. 31-38, ISBN 978-3-86780-216-1 Abbildung: „Optimierte Skelettstrukturen“, Ergebnisse studentischer Arbeiten zu Konstruktionsübung Leichtbau „Turm“ (WS 2011/12) (Quelle: KGBauKo)

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Literatur

Technische Universität Darmstadt Locomotion Laboratory des Instituts für Sportwissenschaft, Darmstadt

Adresse Telefon Telefax Internet

Technische Universität Darmstadt Institut für SportwissenschaftLocomotion Laboratory Magdalenenstraße 27 Gebäude S1/17 111 64289 Darmstadt +49 (0)6151-16 3163 +49 (0)6151-16 3661 www.sport.tu-darmstadt.de/ sportinstitut

Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Prof. Dr. André Seyfarth +49 (0)6151-16 6673 +49 (0)6151-16 3661 seyfarth@sport.tu-darmstadt.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Forschungsgruppe des Sportinstituts der Technischen Universität Darmstadt im Bereich Biomechanik. Arbeitsschwerpunkte sind die Analyse und modellbasierte Synthese von biologischen Bewegungsabläufen, basierend auf deren mechanischen, muskulären und neuronalen Strukturen.

Laufroboter BioBiped Beschreibung Die Vision, mit humanoiden Robotern die Fähigkeiten des Menschen zu imitieren, inspiriert Forscher seit Jahrzehnten. Doch die Übertragung menschlicher Fähigkeiten auf ein RoboterPendant hat sich in den meisten Fällen als sehr anspruchsvoll erwiesen. In der Arbeitsgruppe Locomotion Laboratory (Lauflabor) steht die Untersuchung von Bewegungsabläufen bei der Lokomotion von Mensch und Tier im Fokus. Es werden verschiedene Methoden der Bewegungsanalyse, biomechanische Modellierungen sowie technische Versuchsaufbauten verwendet, um ein umfassendes Verständnis der Bewegung zu erreichen. Das BioBiped-Projekt hat Laufen, Gehen und Stehen humanoider Roboter unter freier Wahl der Geschwindigkeit und Gangart zum Ziel. Für die Erreichung dieses Ziels arbeiten das Fachgebiet Simulation, Systemoptimierung und Robotik (SIM) der Technischen Universität Darmstadt und das Locomotion Laboratory der Technischen Universität Darmstadt zusammen. Weitere Informationen www.biobiped.de Abbildung: BioBiped Roboter (Quelle: Institut für Sportwissenschaften, Technische Universität Darmstadt)

2. Produkte und Dienstleistungen:  Lehre  Forschung  FuE-Projekte  Entwicklung neuer Methoden und Modelle  Entwicklung neuer Software  BioBiped1 3. Einsatzgebiete:  Medizintechnik, Prothetik  Robotik

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TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH Gießen

Adresse

TransMIT GmbH Kerkrader Straße 3 35394 Gießen

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+49 (0)641-943640 +49 (0)641-9436499 www.transmit.de

Mitarbeiter 140 Gründungsjahr 1996 Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Prof. Dr. Wolfgang Maison +49 (0)40-428383497 +49 (0)40-428383477 maison@transmit.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Die TransMIT GmbH erschließt und vermarktet im Schnittfeld von Wissenschaft und Wirtschaft die Potenziale von ca. 6.000 Wissenschaftlern und mehrerer Forschungseinrichtungen innerhalb und außerhalb Hessens. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Design und Synthese neuartiger Oberflächenbinder  Herstellung funktionalisierter Oberflächen für die Implantat-Medizin  Antifouling-Oberflächen  Funktionalisierung von Apatit und Titanoberflächen  Oberflächenanalytik (Dienstleistung)  Unterstützung bei der Entwicklung neuer funktionalisierter Materialien  Begutachtung funktionalisierter Materialien für medizinische und technische Anwendungen 3. Einsatzgebiete:  Zahnimplantate  Zähne (auch Zahnbeschichtungen)  Gelenkprothesen  Biosensoren  Stents  Kanülen für Spritzen, Katheter, Infusionen  Schiffsrümpfe, marine Technologie  Antibakterielle Beschichtungen für die Krankenhaushygiene (Türgriffe und anderes)

Klebstoff aus Muschelproteinen Beschreibung Nach dem Vorbild von Muscheladhäsionsproteinen wurden anfänglich an der Universität Gießen, fortgesetzt an der Universität Hamburg, Verbindungen zur Funktionalisierung von Metallund Knochenoberflächen synthetisiert. Diese ermöglichen es, eine dauerhafte und stabile Oberflächenbeschichtung zu erreichen. Als natürliches Vorbild diente den Forschern dabei die unter anderem vom marinen Biofouling an Schiffsrümpfen bekannte einzigartige Anhaftungsfähigkeit von Muscheln. Mit den neuartigen Verbindungen können dauerhafte Oberflächenbeschichtungen sowohl auf medizinisch relevanten Metallen, wie etwa Eisen oder Titan, als auch direkt auf Knochen und Zähnen realisiert werden. Sie sind daher beispielsweise für orthopädische Implantate, wie Hüft- und Knieprothesen oder Zahnimplantate von hohem Interesse. Die Beschichtung kann Infektionen und das Biofouling, also die Anlagerung von Bakterien und Proteinen, verhindern sowie das Anwachsen des Knochens deutlich verbessern. Darüber hinaus lassen sich die international zum Patent angemeldeten Verbindungen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften auch in anderen Bereichen vielfältig einsetzen, zum Beispiel als Oberflächenmodifikationen für Stents, Spritzen und Katheter. (Textquelle verändert nach: Charlotte Brückner-Ihl, Justus-Liebig-Universität Gießen aus www.zwp-online.info/de/zwpnews/dental-news/branchenmeldungen/muschelproteine-fuer-die-implantatmedizin).

Projektleitung Prof. Dr. Wolfgang Maison, Universität Hamburg, FB Chemie, Pharmazeutische und Medizinische Chemie, Bundesstraße 45, 20146 Hamburg, Tel.: +49 (0)40 42838 3497 Projektvermarktung TransMIT GmbH, Gießen, Projektbereich für biomimetische Oberflächenbeschichtung. Weitere Informationen www.transmit.de Abbildung Mitte: Vorbild Miesmuschel (Quelle: ©fotolia/PRILL Mediendesign) Abbildung rechts: Beschichtung verhindert Anlagerung von Bakterien und Proteinen (Quelle: Elisa Franzmann, 2010)

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Literatur

Universitätsklinikum Frankfurt, Goethe-Universität Frankfurt/M. Frankfurt/M.

Adresse Telefon Telefax Internet Kontaktperson Telefon Telefax E-Mail

Fachbereich Medizin, Goethe-Universität Frankfurt/M., Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie Theodor-Stern-Kai 7 Haus 21 60596 Frankfurt/M. +49 (0)69-63010 +49 (0)69-63016301 www.kgu.de/index.php?id=127 Prof. Dr. Dr. Robert Sader +49 (0)69-63015643 +49 (0)69-63015644 r.sader@em.uni-frankfurt.de

Kernkompetenz: 1. Leistungsspektrum: Interdisziplinäre Zusammenarbeit verschiedener Forschungsgruppen. 2. Produkte und Dienstleistungen:  Forschung  FuE-Projekte  Entwicklung neuer Methoden 3. Einsatzgebiete:  Kleber für die Zahnmedizin, insbesondere für den Einsatz an Implantaten

BioClou-Feuchtklebstoff Verbundprojekt: Hybrid-Feuchtklebstoff auf Basis von adhäsiven Muschelproteinen für die dentale Implantologie Beschreibung Der Chemismus des Klebstoffs, mit dem sich die Miesmuschel an Oberflächen anhaftet, ist Vorbild für die Entwicklung eines Klebstoffs, der zukünftig für Implantate genutzt werden kann. Die Charakterisierung des Muschelklebers wurde zunächst von amerikanischen Wissenschaftlern durchgeführt, das Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen synthetisierte später die wichtigsten Bestandteile des Klebstoffs. Hieraus wird zurzeit ein haftvermittelndes Gel als Medizinprodukt entwickelt, das der Zahnarzt oder Kieferchirurg nach der Implantatinsertion zum Schutz des periimplantären Raumes (das ist der Raum, der das Implantat umgibt) applizieren kann. Das Patentverfahren, an dem das Fraunhofer IFAM und Professor R. Sader beteiligt sind, ist eingeleitet. Das Produkt wird zurzeit noch optimiert, danach beginnen klinische Studien. Sobald erste Ergebnisse vorliegen und das Patentverfahren abgeschlossen ist, werden für die Herstellung und den Vertrieb des Produkts BioClou Partner gesucht. (Textquelle verändert nach: www.dzw.de/artikel/vorbild-aus-der-natur-bakteriensicherer-verschluss-durch-muschelklebstoff von Dr. Gisela Peters, Bad Homburg)

Verbundpartner 1. Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie des Universitätsklinikums Frankfurt/M., Prof. Dr. Dr. R. Sader (E-Mail: r.sader@em.uni-frankfurt.de) 2. Technische Universität Darmstadt, Zentrum für Konstruktionswerkstoffe, Staatliche Material- prüfungsanstalt (MPA), Dr.-Ing. Hansgeorg Haupt (E-Mail: haupt@mpa-ifw.tu-darmstadt.de) 3. Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung IFAM, Bremen, Dr. Klaus Rischka (E-Mail: klaus.rischka@ifam.fraunhofer.de) 4. Lehrstuhl Biomaterialien, Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften, Universität Bayreuth, Dr. Hendrik Bargel (E-Mail: hendrik.bargel@uni-bayreuth.de) Weitere Informationen www.ifam.fraunhofer.de/de/Bremen/Klebtechnik_Oberflaechen/ Klebstoffe_und_Polymerchemie/Funktionspolymere Abbildung links: Die Miesmuschel befestigt sich über ihre Byssusfäden mit einem Proteinklebstoff an Oberflächen. Der Klebstoff ist in Form weißer Haftungspunkte an einer Glasoberfläche erkennbar. (Quelle: Fraunhofer IFAM) Abbildung rechts: Von der OP bis etwa zwei Wochen postoperativ besteht noch keine immunologisch wirksame Barriere gegen das Eindringen von Keimen zwischen Epithel/Bindegewebe und Implantat. (Quelle: Prof. Robert Sader, Universitätsklinikum Frankfurt/M.)

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4. Netzwerke und Organisationen

Fachlicher Austausch und die Entwicklung neuer Projektideen stehen im Fokus der Veranstaltungen des Bionik-Netzwerkes Hessen

Es bestehen regionale, nationale und internationale BionikNetzwerke und Organisationen, die sich für die Erhöhung des Bekanntheitsgrades der Bionik engagieren. Sie widmen sich der Vernetzung von Bionik-Akteuren, unterstützen bei der Anbahnung bionischer Forschungs- und Entwicklungsprojekte und bieten Informationen und Kontakte. Eine Auswahl der aktiven Netzwerke und Organisationen mit regelmäßigen Veranstaltungen und/oder einer deutlichen Anzahl von Netzwerkpartnern wird hier dargestellt.

4.1 Regionale Netzwerke Bionik-Netzwerk Hessen Das Bionik-Netzwerk Hessen wurde im Jahr 2012 durch das Hessische Wirtschaftsministerium initiiert. Ziel ist es, den hessischen Unternehmen die Möglichkeiten und Wettbewerbsvorteile aufzuzeigen, die die Bionik für die Wirtschaft bietet. Zur Erschließung des Potenzials für Unternehmen in den Bereichen Forschung, Entwicklung, Herstellung und Marketing bietet die Geschäftsstelle Veranstaltungen und Informationen zur Bionik an. Das Netzwerk ist zurzeit ein loser Zusammenschluss von Unternehmen und Institutionen. Die angebotenen Aktivitäten bringen Firmen, deren Zulieferer oder Dienstleister, Forschungseinrichtungen, Verbände und Netzwerke miteinander ins Gespräch. Die Bionik erweist

sich als zukunftsweisendes Thema, das die Kommunikation zwischen den Fachdisziplinen und zwischen Personen, die sich gegenseitig ergänzende Kompetenzen haben, in Gang bringt. Der Austausch von Wissen und die Entwicklung gemeinsamer Projekte sind die grundlegenden Ziele des Netzwerkes. Die Interessensschwerpunkte der Teilnehmer liegen derzeit in den Bereichen Leichtbau, Robotik und Oberflächen, das Netzwerk ist aber offen für alle Bionik-Themen. Die Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes ist bei der Bionik-Sigma Innovation GmbH angesiedelt. Durch die Vermittlung von Kontakten, mit Kenntnissen über Antrags- und Fördermöglichkeiten sowie mit Gespür für die Zusammenstellung von Projektteams unterstützt die Geschäftsstelle die Umsetzung von Projektideen.

Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“ Unternehmen, Institutionen und interessierte Personen können sich in der erfolgreichen Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb“ über aktuelle Projekte und Erkenntnisse aus der Bionik informieren. Die Veranstaltungen werden von der Geschäftsstelle des Bionik-Netzwerkes Hessen konzipiert, organisiert und mit der Unterstützung von namhaften Partnern durchgeführt. Im Zeitraum August 2011 bis Oktober 2015 fanden insgesamt 14 Veranstaltungen in ausgewählten Betrieben oder an besonderen Orten statt. Dabei stellten 76 Referenten aus Wissenschaft und Wirtschaft Projekte, Produkte und Forschungen vor.

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Die Netzwerk-Koordinatorin Sigrid Belzer ist die Ansprechpartnerin für interessierte Unternehmen und Institutionen.

Die Veranstaltungsreihe „Bionik im Betrieb” findet seit dem Jahr 2011 für interessierte Personen aus Wirtschaft und Wissenschaft statt.

Die Vortragsveranstaltungen und Seminare wurden in dieser Zeit von über 1.000 Gästen besucht. Es sind weitere Veranstaltungen geplant.

Netzwerke in anderen Bundesländern:

Eine Übersicht der Themen der Reihe „Bionik im Betrieb“ und ihrer Partner sind im Anhang aufgeführt. Ansprechpartnerin: Sigrid Belzer (Netzwerkkoordinatorin) Kontakt: Bionik-Netzwerk Hessen c/o Bionik-Sigma Innovation GmbH Holzhofallee 21 64295 Darmstadt E-Mail: kontakt@bionik-hessen.de Telefon: +49 (0)6151-318627 Internet: www.bionik-hessen.de

Literatur

Baden-Württemberg Kompetenznetz Baden-Württemberg: www.kompetenznetz-biomimetik.de Bayern Bionik in Bayern: www.bionicum.de/bionik_in_bayern Bremen Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C): http://bionik.fbsm.hs-bremen.de/pages_DE/BIC_start.html Saarland Gesellschaft für Technische Biologie und Bionik: www.gtbb.net Nordrhein-Westfalen Bionik-Zentrum Bonn: www.bionik.uni-bonn.de/bzbonn-1

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4.2 Überregionale Netzwerke BIOKON e. V. - Das Bionik-Kompetenznetz Als deutschlandweites Bionik-Kompetenznetz bringt BIOKON Unternehmen und Forschungseinrichtungen für bionische Innovationen zusammen. Durch die anwendungsorientierte Umsetzung biologischer Funktionsprinzipien in Technologien und Produkte werden in interdisziplinären Innovationspartnerschaften der Wissenszuwachs und die Wettbewerbsfähigkeit aller Partner befördert. In BIOKON sind Forschungseinrichtungen, Hochschulen, Unternehmen und Einzelpersönlichkeiten organisiert. Innerhalb des Bionik-Kompetenznetzes vereint BIOKON Bionik-Know-how-Träger in der Bionik-Forschungsgemeinschaft und Bionik-Anwender im Bionik-Unternehmensforum. So können Wissenschaft und Wirtschaft gleichberechtigt in einem Netzwerk von einen umfassenden Wissens- und Technologietransfer profitieren. Gleichzeitig vermittelt BIOKON als Kommunikationsplattform gegenüber Politik und Gesellschaft die Innovationskraft der Bionik. Weitere Informationen: www.biokon.de Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM) Die DGM mit Sitz in Frankfurt/M. bietet allen an Werkstoff interessierten Fachleuten, und zwar Wissenschaftlern wie Produzierenden gleichermaßen, ein kompetentes Forum. Durch die Vielgestaltigkeit des Mitgliederpotenzials, zahlreichen Fachausschüssen und einer guten Infrastruktur schafft die DGM gute Voraussetzungen, den fachlichen Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis zu fördern. Für die Bionik relevant sind die Fachausschüsse „Bioinspirierte und Interaktive Materialien“ und „Biomaterialien“.

Jeder Fachausschuss besteht aus mehreren Arbeitskreisen mit definierten Zielen. So hat beispielsweise der Arbeitskreis „Biomimetische Biomaterialien“ im Fachausschuss „Biomaterialien“ zum Ziel: Aufgreifen von industriellen und wissenschaftlichen Fragestellungen auf dem Gebiet chemisch und biologisch funktionalisierter Biomaterialien für Anwendungen in Medizintechnik, Biotechnologie und Tissue Engineering Erarbeiten eines wissenschaftlich fundierten Verständnisses zu funktionsbestimmenden Eigenschaften von Materialien im direkten Kontakt zu fluider Phase biologischen Ursprungs und Geweben Initiieren von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben: gemeinsame Projekte von Universitäten, Forschungsinstituten und der Industrie Erfahrungsaustausch und Netzwerkbildung zwischen Arbeitsgruppen der Gebiete Biomimetik, Medizintechnik, Biotechnologie und Tissue Engineering

Weitere Informationen: www.dgm.de VDI-Gesellschaft, Fachbereich Technologies of Life Sciences Der VDI ist der größte technische Verein Europas. Im Fachbereich Technologies of Life Sciences (VDI-TLS) ist das Thema Bionik platziert, mit einem Fachbeirat, dem renommierte Experten aus Verwaltung, Wirtschaft und Wissenschaft angehören. Der Fachbereich erstellt und pflegt die VDI-Richtlinien zu verschiedenen Themenbereichen der Bionik. Bisher erschienen sind Richtlinien zu den Themen: Grundlagen und Strategie der Bionik, Oberflächen, Roboter, Materialien und Strukturen, evolutionären Algorithmen, Strukturoptimierung, Sensorik sowie Architektur und Design. Die bio-

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Literatur

nischen Herangehensweisen werden inzwischen gemeinsam mit dem Deutschen Institut für Normung (DIN) auf Basis der VDI-Richtlinien auf internationaler Ebene standardisiert.

Die übergeordnete Organisation Biomimicry Europa ist ein Verein zur Förderung der Bionik in Europa, insbesondere Frankreich, aber auch in Belgien, den Niederlanden und anderen europäischen Ländern.

Der VDI richtet darüber hinaus den internationalen Bionic-Award aus, der im Abstand von zwei Jahren von der Schauenburg-Stiftung an herausragende Nachwuchswissenschaftler vergeben wird. Im Rahmen seiner Öffentlichkeitsarbeit präsentiert der Verein die Bionik gezielt auf Messen und Veranstaltungen.

Weitere Informationen: www.biokon-international.com www.bionikum.at www.esa.int/About_Us/ESTEC www.csnetwork.eu www.biomimicry.eu

Weitere Informationen: www.vdi.de

In den USA fördert Biomimicry 3.8 die Bekanntheit bionischer Projekte gezielt mittels Consulting oder Bildungsprogrammen. Das Biomimicry 3.8 Institute ist eine angeschlossene akademische Einrichtung.

4.3 Internationale Netzwerke Weltweit forschen Universitäten im Bereich der Bionik. Netzwerke zur praktischen Umsetzung der Forschung sind noch relativ selten. Die Schwerpunkte der europäischen Bionik-Aktivitäten liegen in Deutschland, der Schweiz, Österreich, Schweden und Großbritannien. Biokon International wurde im März 2009 als internationaler Dachverband gegründet. Das Zentrum österreichischer Aktivitäten liegt in Kärnten an der Fachhochschule Kärnten: bionikum:austria. In den Niederlanden forscht das Advanced Concept Team (ESTEC) der ESA zu bionischen Themen. Das Convergent Science Network of Biomimetic and biohybrid Systems fördert die Bionik in Spanien. Daneben sind in vielen Ländern Europas in den letzten Jahren nationale Ableger des amerikanischen Netzwerkes Biomimicry 3.8 entstanden.

Weitere Informationen: www.biomimicry.net, www.asknature.org Auch in Asien finden sich Informationsplattformen, die das Interesse an der Bionik widerspiegeln. Stellvertretend seien an dieser Stelle das International Center for Materials Research (ICMR) und die International Society of Bionic Engineering (ISBE) genannt. Das ICMR ist ein asiatisches Netzwerk für Materialien und die ISBE fördert ein Netzwerk mit Schwerpunkt in China. Weitere Informationen: www.isbe-online.org, www.icmr.ucsb.edu

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5. Förderprogramme

Es gibt eine Reihe hessischer, nationaler und europäischer Fördermöglichkeiten, die für die Finanzierung von Bionik-Projekten relevant sein können, beziehungsweise die Bionik explizit als Themenschwerpunkt benennen. Das Spektrum der Möglichkeiten ist breit. Es reicht von themenoffenen Aufforderungen zur Einreichung von Projektvorschlägen bis hin zu großangelegten Förderprogrammen zur Bearbeitung spezifischer gesellschaftlicher Herausforderungen. Neben großen FuE-Verbundprojekten fordern einige Programme insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen dazu auf, ihre Forschungsanträge einzureichen. Des Weiteren gibt es einen Internationalen Bionic-Award, Stiftungen und Ausbildungsprogramme, die im Folgenden kurz erläutert werden.

5.1 Bionik-Wettbewerb International Bionic-Award – Wettbewerb für Nachwuchswissenschaftler http://www.vdi.eu/engineering/technical-divisions/ technologies-of-life-sciences/bionic-award/ Die Schauenburg-Stiftung vergibt alle zwei Jahre den internationalen Bionic-Award an herausragende Forschungsarbeiten in der bioni-

schen Produktentwicklung. Den mit 10.000 Euro dotierten Preis verleiht die Stiftung gemeinsam mit dem VDI. Die Ausschreibung richtet sich an Nachwuchswissenschaftler aus der ganzen Welt. Mit dem internationalen Bionic-Award wird eine herausragende Arbeit beispielsweise in Form einer bionischen Produktentwicklung oder einer Dissertation/Habilitation ausgezeichnet, die innerhalb der letzten zwei Jahre vor dem Einreichungstermin fertig gestellt wurde. Teilnehmen können sowohl Einzelpersonen als auch Teams, die Arbeiten werden in englischer Sprache abgefasst. Den oder die Preisträger ermittelt eine internationale und aus hochrangigen Bionik-Fachleuten zusammengesetzte Jury.

5.2 Förderprogramme in Hessen Hessen ModellProjekte: Fördermittel für innovative Ideen www.innovationsfoerderung-hessen.de Das Land Hessen fördert innovative Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, die in Kooperation mehrerer Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft durchgeführt werden. Hierzu zählen kleine und mittlere Unternehmen (KMU), Hochschulen sowie sonstige Forschungseinrichtungen mit Sitz in Hessen. Die Förderung ist für alle Branchen und Anwendungen offen. Voraussetzung für eine Förderung ist, dass sich die Vorhaben durch einen hohen Innovationsgrad auszeichnen. Derzeit steht folgende Maßnahme zur Verfügung: LOEWE-Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben: Diese Maßnahme wird aus Landesmitteln finanziert. Bezuschusst werden hiermit

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Forschungsvorhaben, die durch kleine und mittlere Unternehmen im Verbund mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen aus Hessen realisiert werden. Die Hessen Agentur fungiert als Projektträger für das Hessische Wissenschaftsministerium.

Erster Schritt zur Förderung ist das Einreichen einer aussagekräftigen Projektskizze vor Projektstart bei der Hessen Agentur. Dies ist über das ganze Jahr hinweg fortlaufend möglich. Das Team von Hessen ModellProjekte steht als Ansprechpartner bei der Projektanbahnung und während der gesamten Projektdauer gerne zur Verfügung. Alle Informationen zur Förderung angewandter Forschungs- und Entwicklungsprojekte, Ansprechpartner und Antragsunterlagen unter:

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Förderprogramme

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Literatur

5.3 Förderprogramme in Deutschland Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) www.dfg.de Die DFG fördert mehrere Sonderforschungsbereiche und Schwerpunktprogramme mit thematischen Verknüpfungen zur Bionik: SPP 1207 Strömungsbeeinflussung in der Natur und Technik SPP 1420 Biomimetic Materials Research: Functionality by Hierarchical Structuring of Materials SPP 1569 Generation of Multifunctional Inorganic Materials by Molecular Bionics SFB 937 Kollektives Verhalten weicher und biologischer Materie

www.innovationsfoerderung-hessen.de

Hightech-Strategie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) www.hightech-strategie.de

Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst

Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

Ziel der Hightech-Strategie ist es, Deutschland zum Vorreiter bei der Lösung globaler Herausforderungen zu machen. Seit August 2006 wird mit der Hightech-Strategie eine nationale Strategie verfolgt, die politikfeld- und themenübergreifend eine Vielzahl der Forschungsund Innovationsaktivitäten über alle Ressorts hinweg bündelt. Mit der Hightech-Strategie 2020 wurde diese weiterentwickelt und auf fünf Bedarfsfelder fokussiert: Klima/Energie, Gesundheit/Ernährung, Mobilität, Sicherheit und Kommunikation.

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Mit Zukunftsprojekten werden ausgewählte Missionen ins Zentrum der Forschungs- und Innovationspolitik des Bundes gerückt. Zukunftsprojekte verfolgen konkrete Ziele wissenschaftlicher und technologischer Entwicklungen über einen Zeitraum von zehn bis fünfzehn Jahren. Am konkreten Fall werden hier Innovationstrategien entwickelt und Realisierungsschritte geplant. Zur Lösung der großen Fragestellungen ist es entscheidend, Ziele und Visionen zu formulieren, die gesellschaftlich gewollt sind und von Wirtschaft, Wissenschaft und Politik getragen werden. Deshalb hat die Bundesregierung – beraten von der Forschungsunion Wirtschaft–Wissenschaft – zehn Zukunftsprojekte entwickelt und Schlüsseltechnologien benannt. BioBionik-Projekte können in fast allen Bereichen platziert werden. Zehn Zukunftsprojekte:

Die CO2-neutrale, energieeffiziente und klimaangepasste Stadt Nachwachsende Rohstoffe als Alternative zum Öl Intelligenter Umbau der Energieversorgung Krankheiten besser therapieren mit individualisierter Medizin Mehr Gesundheit durch gezielte Prävention und Ernährung Auch im Alter ein selbstbestimmtes Leben führen Nachhaltige Mobilität Internetbasierte Dienste für die Wirtschaft Industrie 4.0 Sichere Identitäten

Schlüsseltechnologien: Biotechnologie Dienstleistungswirtschaft Fahrzeug- und Verkehrstechnologien

Informations- und Kommunikationstechnologien Luftfahrttechnologien Maritime Technologien Mikrosystemtechnik Nanotechnologien Photonik/Optische Technologien Produktionstechnologien Raumfahrttechnologien Werkstofftechnologien

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) www.zim-bmwi.de ZIM ist ein bundesweites, technologie- und branchenoffenes Förderprogramm für kleine und mittelständische Unternehmen und die mit ihnen zusammenarbeitenden, wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen. Auch mit der zum 15. April 2015 in Kraft getretenen neuen ZIM-Richtlinie erhalten Unternehmen eine verlässliche Perspektive zur Unterstützung ihrer Innovationsbemühungen. Das Programm ist themenoffen gehalten und bietet ein einfaches Antrags- und schnelles Genehmigungsverfahren zu folgenden Förder-varianten: ZIM-Einzelprojekte einzelbetriebliche FuE-Projekte von Unternehmen ZIM-Kooperationsprojekte FuE-Kooperationsprojekte zwischen Unternehmen und von Unternehmen mit Forschungseinrichtungen ZIM-Kooperationsnetzwerke

Kooperationsnetzwerke als Einheit von Netzwerkmanagement und FuE-Projekten

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5.4 Horizont 2020 – Rahmenprogramm der Europäischen Union Horizont 2020, das neue Rahmenprogramm für Forschung und Innovation der Europäischen Union, schließt sich an das 7. EU-Forschungsrahmenprogramm (FRP) an. Mit einer Laufzeit von 2014 bis 2020 und einem Budget von rund 70 Milliarden Euro ist Horizont 2020 voraussichtlich das weltweit größte Instrument zur Förderung von Forschung und Innovation. Horizont 2020 führt alle forschungsund innovationsrelevanten Förderprogramme der Europäischen Kommission zusammen. www.horizont2020.de Das Förderprogramm zielt darauf ab, EU-weit eine wissens- und innovationsgestützte Gesellschaft und eine wettbewerbsfähige Wirtschaft aufzubauen sowie gleichzeitig zu einer nachhaltigen Entwicklung beizutragen. Um gezielt in die Gesellschaft wirken zu können, setzt das Programm drei Schwerpunkte:

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Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

1. Wissenschaftsexzellenz: Die wissenschaftliche Exzellenz in Europa soll gefördert werden. Spitzenwissenschaftler sollen in Zukunft auf höchstem Niveau forschen. 2. Führende Rolle der Industrie: Die führende Rolle der Industrie soll durch eine starke Innovationskraft untermauert werden. Daher fördert Horizon 2020 Schlüsseltechnologien wie Nanotechnologie, Biotechnologie, fortgeschrittene Werkstoffe und fortschrittliche Fertigungstechnik, erleichtert den Zugang zu Risikofinanzierung und treibt Innovationen durch gezielte Maßnahmen in kleinen und mittleren Unternehmen nachhaltig voran. 3. Gesellschaftliche Herausforderung: Ziel ist es, die Brücke zwischen exzellenter Wissenschaft und dem Markt zu schlagen. Den großen Herausforderungen unserer Zeit soll damit begegnet werden: Gesundheit, demographischer Wandel und Wohlergehen, Ernährungs- und Lebensmittelsicherheit sowie Biowirtschaft; sichere, saubere und effiziente Energie; Klimaschutz und Verkehr, um einige zu nennen.

Horizont 2020 Programmstruktur Teil I Wissenschaftsexzellenz Europäischer Forschungsrat (ERC) Künftige und neu entstehende Technologien (FET) Marie-Curie-Stipendien Forschungsinfrastrukturen

Teil II Führende Rolle der Industrie Führende Rolle bei grundlegenden und industriellen Technologien  Informations- und Kommunikations technologien  Nanotechnologien  Fortgeschrittene Werkstoffe  Biotechnologie  Fortgeschrittene Fertigung und  Verarbeitung  Raumfahrt Zugang zu Risikofinanzierung

Teil III Gesellschaftliche Herausforderungen Gesundheit, demographischer Wandel und Wohlergehen Herausforderungen der Europäische Biowirtschaft Energie Verkehr Klimaschutz, Ressourceneffizienz Integrative und sichere Gesellschaft

Innovationen in KMU Bionik-Projekte könnten in mehreren Bereichen des Förderprogramms beantragt werden. Es gibt innerhalb des Rahmenforschungsprogramms auch ein Förderinstrument, das KMU-Instrument, das speziell für KMU entwickelt wurde und keine Einbindung von Forschungsinstituten verlangt.

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Marie-Curie-Maßnahmen der Europäischen Union www.ec.europa.eu/research/mariecurieactions Im Rahmen der Marie-Curie-Maßnahmen können Forscher unabhängig von ihrem Alter, Geschlecht oder ihrer Nationalität Finanzhilfen erhalten. Zusätzlich zu großzügigen Stipendien haben die Forscher die Möglichkeit, Erfahrungen im Ausland und in der Privatwirtschaft zu sammeln und ihre Ausbildung durch andere Kompetenzen oder Disziplinen, die für ihre Laufbahn wertvoll sein können, aufzuwerten. Forscher-Erstausbildungsnetze (ITN) sind Maßnahmen zur Förderung von Ausbildungsmöglichkeiten für Nachwuchsforscher, die in der Regel von einem Netz aus Universitäten, Unternehmen und Forschungseinrichtungen angeboten werden. Hier einige Beispiele aus dem 7. EU-Rahmenforschungsprogramm mit thematischen Bezügen zur Bionik: ENHANCE: www.enhance-itn.eu Marie Curie Initial Training Network ENHANCE „New Materials: Innovative Concepts for their Fabrication, Integration and Characterization”

Das Projekt umfasst das gesamte Spektrum der funktionalen Materialien für Mikroelektronik, Nanoelektronik, Datenspeicherung und Photovoltaik mit Schwerpunkt in der Nanotechnologie. BIOMINTEC: www.biomintec.de Marie Curie Initial Training Network BIOMINTEC „Biomineralization: Understanding of basic mechanisms for the design of novel strategies in nanobiotechnology” Das Projekt konzentriert sich auf die Biomineralien, die aus Calciumcarbonat oder Biosilica-Glas bestehen, da diese Biomineralien in den letzten Jahren eine enorme Bedeutung bekommen haben und das Interesse an diesem Thema stark gestiegen ist. SHeMat: www.shemat.eu Marie Curie Initial Training Network SHeMat „Training Network for Self-Healing Materials: from Concepts to Market” Die Forschungsaktivitäten liegen im Bereich der selbstheilenden Materialien. Das Ziel ist die Entwicklung selbstheilender Materialien aus verschiedenen Materialklassen und die Markteinführung der vielversprechendsten Materialkonzepte und Entwicklungen.

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Förderprogramme

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Literatur

5.5 Stiftungen

5.6 Ansprechpartner Förderprogramme

Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) Verfahren: Umwelt- und gesundheitsfreundliche Verfahren und Produkte

Informationen zu Förderprogrammen und die Vermittlung von Kontakten zu den Fördermittelgebern sind über regionale und thematische Netzwerke, die Landes- und Bundesministerien und deren Projektträger erhältlich. Hier eine Auswahl:

www.dbu.de/1815.html Die Entwicklung von innovativen, gesundheitsfreundlichen, klimaschonenden, ressourceneffizienten, abfall- und emissionsarmen Verfahren, Technologien und Produkten, die eine Verlagerung von Umweltbelastungen in andere Bereiche vermeiden, steht im Mittelpunkt der Förderung. Die Fördermittel sollen besonders den Mittelstand zum Handeln anstiften sowie technische und wirtschaftliche Umsetzungsrisiken mindern. Entwicklungsaktivitäten können gebündelt werden, indem Unternehmen mit Partnern in Verbundvorhaben kooperieren. Besonders bei FuE-Projekten mit herausragenden Resultaten ist es möglich, zur Unterstützung einer zügigen und effizienten Realisierung der in den Projekten aufgezeigten Umweltentlastungspotenziale gesondert Maßnahmen zu fördern, die der Vernetzung von Projektergebnissen zwischen Wissenschaft und Praxis dienen. Volkswagen Stiftung www.volkswagenstiftung.de/foerderung/herausforderung/ experiment.html Die Förderinitiative „Experiment!” unterstützt schnell und unaufwendig gewagte Forschungsvorhaben aus den Natur-, Ingenieur-, und Lebenswissenschaften einschließlich der Verhaltensbiologie und der experimentellen Psychologie. Die Exploration radikal neuer Forschungsideen, die etabliertes Wissen grundlegend herausfordern, unkonventionelle Hypothesen, Methodik oder Technologien etablieren wollen oder ganz neue Forschungsrichtungen in den Blick nehmen, wird derzeit kaum über das in Deutschland etablierte Förderangebot berücksichtigt. Hier setzt die neue Förderinitiative „Experiment!” an, mit der die Volkswagen Stiftung grundlegend neue Forschungsvorhaben mit ungewissem Ausgang über eine zeitlich und finanziell begrenzte Phase unterstützt.

Bionik-Netzwerk Hessen: www.bionik-hessen.de Biokon e.V.: www.biokon.de Hessen Modellprojekte: www.innovationsfoerderung-hessen.de Technologie Transfer Netzwerk Hessen (TTN): www.ttn-hessen.de IHK Innovationsberatung Hessen: www.ihk-innovationsberatung.de Hessen Trade & Invest GmbH: www.htai.de Enterprise Europe Network Hessen (EEN Hessen): www.een-hessen.de Förderberatung „Forschung und Innovation” des Bundes: www.foerderinfo.bund.de/index.php Verein Deutscher Ingenieure (VDI): www.vdi.de Die Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, bietet aber Orientierung bei der Suche nach Fördermöglichkeiten für Forschungsund Entwicklungsprojekte im Bereich Bionik.

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6. Bildungsangebote

Motivierte und gut ausgebildete Fachkräfte sind für Unternehmen die Voraussetzung für Erfolg und Fortschritt. Mitarbeiter, die innovativ denken, können für Wettbewerbsvorteile sorgen. Die Bionik ist besonders geeignet, um Menschen aller Altersstufen an die naturwissenschaftlichen Disziplinen heranzuführen und vermittelt neben interdisziplinärem Denken auch die Bedeutung von Kreativität für Innovationen. Bildungsmaterialien für den Gebrauch in Schulen werden sowohl von einigen Verlagen als auch von verschiedenen Institutionen über deren Internetseiten angeboten. Außerschulische Bildungsangebote für Kinder und Jugendliche, aber auch für interessierte Erwachsene, sind in Hessen stark vertreten und werden in der nachfolgenden Übersicht vorgestellt. Die Anzahl der Universitäten und Fachhochschulen, die Bionik lehren, hat in den letzten Jahren zugenommen. Eine Übersicht der Studienmöglichkeiten ist am Ende des Kapitels zu finden.

6.1 Außerschulische Bildungsangebote in Hessen Bionik-Sigma Education Bionik-Sigma bietet Workshops, Fortbildungen und Vorträge zum Thema Bionik an. Die Bildungsangebote richten sich an Schulen, Bildungseinrichtungen und Unternehmen. Lehrerfortbildungen sind insbesondere für den fachübergreifenden MINT-Unterricht geeignet. Lesungen und Vorträge, Veröffentlichungen sowie Beratungen für Ausstellungen und andere Bionik-Projekte runden das Angebot ab. Weitere Informationen: http://education.bionik-sigma.de Bioversum Kranichstein Das Bioversum Kranichstein bietet Themenwerkstätten und Projekttage für alle Altersstufen sowie Vorträge und Führungen zu verschiedenen naturwissenschaftlichen Themen an. Weitere Informationen: www.bioversum-kranichstein.de Botanischer Garten der Technischen Universität Darmstadt Das „Grüne Klassenzimmer“ als außerschulischer Lernort im Botanischen Garten will vor allem Kinder und Jugendliche ansprechen. Es ist Veranstaltungsort für Schulveranstaltungen, darunter auch Workshops zum Thema Bionik. Weiterhin sind Führungen auf dem BionikLehrpfad möglich.

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Der Botanische Garten Darmstadt ist Mitglied im Verband Botanischer Gärten in Deutschland, der jedes Jahr die „Woche der Botanischen Gärten“ veranstaltet, bei der typische Lehr-, Forschungs- und Arbeitsschwerpunkte der Gärten und ihrer Sammlungen der Öffentlichkeit präsentiert werden. Die Aktion dient als Schnittstelle zwischen Forschung und Expertenwissen auf der einen Seite und der Steigerung des öffentlichen Interesses auch an Anwendungen auf der anderen Seite. Im Jahr 2011 war der Themenschwerpunkt „Bionik – Von Pflanzen lernen für die Technik“, in dessen Rahmen die Ausstellungstafeln des Bionik-Lehrpfades erstellt wurden. Weitere Informationen: www.verband-botanischer-gaerten.de/bionik_in_gaerten/ausstellung Experimentierwerkstatt Wiesbaden: Bionik-Camps Die Experimentierwerkstatt bietet Kurse, Schulprojekte und Ferienspiele für Kinder und Jugendliche wie zum Beispiel Roboter-BionikCamps an. Weitere Informationen: www.experimentierwerkstatt.com EXPERIMINTA Science Center FrankfurtRheinMain Das Science Center EXPERIMINTA ist ein Mitmach-Museum mit vielen Experimentierstationen zum Ausprobieren und Staunen. Es bietet Schulworkshops, Führungen, Sonderausstellungen und regelmäßig wissenschaftliche Vorträge an, im Jahr 2013 war ein Schwerpunkt das Thema Bionik.

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Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Weitere Informationen: www.experiminta.de Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt/M. Im Rahmen des museumspädagogischen Programms bestehen verschiedene Angebote, darunter regelmäßig auch solche zum Thema Bionik. Weiterführende Informationen: www.senckenberg.de two4science GmbH two4science unterstützt Unternehmen und Institutionen bei ihrem Engagement für naturwissenschaftlich-technische Bildung: Der Bildungsdienstleister entwickelt individuelle Lernwelten für die Forscher von morgen und begleitet seine Kunden bei der Umsetzung ihrer Ideen in konkretes Handeln. Es werden unter anderem Science-Camps in den hessischen Schulferien angeboten. Sie haben unterschiedliche Themenschwerpunkte, darunter auch die Bionik. Weitere Informationen: www.two4science.de

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Umweltzentrum Hanau Das Bildungszentrum der Stadt Hanau bietet umweltpädagogische Kurse für Schulklassen und Kindertageseinrichtungen sowie Fortbildungen für Lehrkräfte und Erzieherinnen an. Über 50 Kurse und Projekte stehen auf dem Programm des Umweltzentrums, das sich auch an Familien, Kindergruppen und Senioren richtet. Neben den klassischen Umweltthemen wurde eine interaktive Wanderausstellung mit dem Thema: „Bionik Ideenlabor Natur“ in Kooperation mit der Technischen Universität Darmstadt entwickelt, die von Schulen und Unternehmen ausgeliehen werden kann. Weiterführende Informationen: www.umweltzentrum-hanau.de www.ideenlabor-natur.de

6.2 Studienmöglichkeiten An zahlreichen Universitäten bestehen Forschungsprojekte zu bionischen Themen. Eine Auswahl hessischer Institute findet sich bereits mit Kompetenzprofilen in diesem Kompetenzatlas. Studiengänge, die eine Ausbildung in Bionik ermöglichen, bieten folgende Hochschulen an:

Hochschule Bremen http://bionik.fbsm.hs-bremen.de Westfälische Hochschule Bocholt www.w-hs.de/bionik-boh Fachhochschule Kärnten www.fh-kaernten.at/bauingenieurwesen-architektur/ studienueberblick.html Hochschule Hamm-Lippstadt www.hshl.de/materialdesign-bionik-photonik Hochschule Rhein-Waal www.hochschule-rhein-waal.de/studium/fachbereiche/ technologieundbionik/bionik.html Eine sehr gute Übersicht über die Bionik-Bildungsangebote in Deutschland ist auf der Internetseite des Kompetenznetzes Biomimetik und der Plant Biomechanics Group Freiburg als „Bildungslandkarte“ zusammengestellt: www.bionik-online.de

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Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

7. Literatur Belzer, S.: Die genialsten Erfindungen der Natur. Frankfurt/M.: Fischer Verlag GmbH, 2010.

VDI Richtlinien: VDI 2221 Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte. Berlin: Beuth Verlag, 1993.

Cerman, Z., Barthlott, W., Nieder, J.: Erfindungen der Natur. Berlin: Rowohlt, 2005.

VDI 6220 Blatt 1 Bionik – Konzeption und Strategie – Abgrenzung zwischen bionischen und konventionellen Verfahren/Produkten. Berlin: Beuth Verlag, 2012.

Kesel, A.: Bionik. Frankfurt/M.: Fischer Verlag, 2005. Luther W., Beismann H., Seitz H.: Nanotechnologie in der Natur – Bionik im Betrieb. Band 20 der Schriftenreihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech des Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung, 2011. Nachtigall, W.: Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 2. Auflage. Heidelberg: Springer Verlag, 2002. Nachtigall, W.: Bionik. München: C.H. Beck Verlag, 2008. Rossmann T., Tropea C.: Bionik -Aktuelle Forschungsergebnisse in Natur-, Ingenieur- und Geisteswissenschaft. Heidelberg: Springer Verlag, 2004. Speck T., Speck O., Neinhuis C., Bargel H.: Bionik – Faszinierende Lösungen der Natur für die Technik der Zukunft. Freiburg: Lavori Verlag, 2012.

VDI 6221 Blatt 1 Bionik – Funktionale bionische Oberflächen. Berlin: Beuth Verlag, 2013. VDI 6222 Blatt 1 Bionik – Bionische Roboter. Berlin: Beuth Verlag, 2013. VDI 6223 Blatt 1 Bionik – Bionische Materialien, Strukturen und Bauteile. Berlin: Beuth Verlag, 2013. VDI 6224 Blatt 1 Bionische Optimierung – Evolutionäre Algorithmen in der Anwendung. Berlin: Beuth Verlag, 2012. VDI 6224 Blatt 2 Bionische Optimierung – Anwendung biologischer Wachstumsgesetze zur strukturmechanischen Optimierung technischer Bauteile. Berlin: Beuth Verlag, 2012. VDI 6224 Blatt 3 – Arbeitstitel – Bionik – Evolutionary Light Structure Engineering (ELiSE). Berlin: Beuth Verlag, 2014. VDI 6225 Blatt 1 Bionik – Bionische Informationsverarbeitung. Berlin: Beuth Verlag, 2012. VDI 6226 Blatt 1 – Entwurf – Bionik – Architektur, Ingenieurbau, Industriedesign. Berlin: Beuth Verlag, 2013. VDI: Positionspapier „Zukunft der Bionik: Interdisziplinäre Forschung stärken und Innovationspotenziale nutzen“. www.vdi.de/uploads/media/Broschuere_TLS_ Positionspapier_Zukunft_der_Bionik_01.pdf abgerufen am 14.3.2014

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Anhang Partner der Veranstaltungsreihe Bionik im Betrieb, geordnet nach Veranstaltungen

Übergeordnete Partner für die Reihe Bionik im Betrieb (2011/2012) Technologielinie Hessen-Nanotech HA Hessen-Agentur GmbH Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung IHK Darmstadt Rhein Main Neckar Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst Biokon e.V. Verband Botanischer Gärten (VBG) Bionik-Sigma, Sigrid Belzer & Martin Zeuch GbR Europäische Union

Auftaktveranstaltung Bionik im Betrieb 30.08.2011 Gastgeber: IHK Darmstadt Rhein Main Neckar Partner: Botanischer Garten Technische Universität Darmstadt

Workshop Material, 17.11.2011 Gastgeber: Heraeus, Hanau Partner: DGM, IHK Hanau-Gelnhausen-Schlüchtern

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Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Workshop Leichtbau und Struktur, 24.01.2012 Gastgeber: Adam Opel AG, Rüsselsheim Partner: Stadt Rüsselsheim

Workshop Antriebe und Sensoren, Altes Schalthaus Darmstadt, 22.03.2012 Partner: Technische Universität Darmstadt

Workshop Oberflächen, 08.05.2012 Gastgeber: Rittal, Herborn

Abschlussveranstaltung Strategien, 19.06.2012 Gastgeber: Dechema e.V. Frankfurt/M.

Workshop Form und Funktion – Innovationspotenzial Bionik, 29.11.2012 Partner: EuroMold, Frankfurt/M.

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Übergeordnete Partner für die Reihe Bionik im Betrieb (2013-2015) sowie für Seminare und Vortragsveran- staltungen (2015) Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

Bionik-Netzwerk Hessen Technologielinie Hessen-Nanotech Hessen Trade & Invest GmbH Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung Europäische Union Bionik-Sigma Innovation GmbH

Workshop Faszination Bionik – Innovative Projekte für die Ausbildung, 15.05.2013 Gastgeber: Science Center Experiminta, Frankfurt/M. Partner: Hessen-IT, Aldebaran, Festo, IHK Innovationsberatung Hessen

Workshop Lärmreduktion nach Vorbild der Natur, 25.09.2013 Gastgeber: Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

Workshop Technische Textilien und Faserverbundmaterialien, 13.02.2014 Gastgeber: Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH, Obertshausen Partner: Industrieverband Veredlung – Garne – Gewebe – Technische Textilien e.V. (IVGT)

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Förderprogramme

Bildungsangebote

Literatur

Kreativ-Seminar: Bionik mit Perspektive, 30.01.2015 Veranstalter: Bionik-Netzwerk Hessen Partner: IHK Innovationsberatung Hessen Veranstaltungsort: IHK Darmstadt

Seminar Bionischer Leichtbau, 20.03.2015 Veranstalter: Bionik-Netzwerk Hessen Veranstaltungsort: Lufthansa Training & Conference Center, Seeheim-Jugenheim

Bionics@work (Bionik im Betrieb), 16.06.2015 Veranstalter: Technologielinie Hessen-Nanotech Veranstaltungsort: ACHEMA 2015, Messe Frankfurt/M.

Bionik und 3D-Druck: Von der Idee zum Bauteil, 15.10.2015 Veranstalter: Bionik-Netzwerk Hessen Gastgeber: Kegelmann Technik GmbH, Rodgau-Jügesheim Partner: Verband Deutscher Industrie Designer e.V. (VDID), Netzwerk „Design to Business“ der IHK Innovationsberatung Hessen

www.hessen-nanotech.de

www.bionik-sigma.de

Projekttr채ger der Technologielinie Hessen-Nanotech des Hessischen Ministeriums f체r Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

Die Technologielinie Hessen-Nanotech wird kofinanziert aus Mitteln der Europ채ischen Union