ELiSE Team-Mitglied Moritz Maier schreibt in seiner kürzlich abgeschlossenen Dissertation mit dem Thema "Entwicklung einer systematischen Vorgehensweise für bionischen Leichtbau" über einen interessanten Ansatz in der bionischen Produktentwicklung.

In den Ingenieurswissenschaften ist ein etablierter Prozess für leichtbaugerechtes Konstruieren bekannt, welcher jedoch den kritischen Arbeitsschritt der Konzeptfindung enthält, der in der Technik derzeit meist nur durch Erfahrung und auf Basis bereits bestehender Konstruktionen gelöst wird.

In der Natur hat die Evolution sehr ausgereifte Bauprinzipien hervorgebracht, welche als Vorbilder für technische Leichtbaukonstruktionen dienen können. Nach Darwin überlebt aufgrund der natürlichen Selektion nur das am besten angepasste Individuum. Planktonorganismen z.B. entwickelten über mehrere Millionen Jahre stabile Leichtbauweisen ihrer Schalen. Sie müssen zum einen extrem stabile Defensivstrukturen besitzen, um sich gegenüber Fressfeinden behaupten zu können, zum anderen müssen sie mit ihrem Baumaterial möglichst sparsam umgehen, um nicht aufgrund ihres Gewichtes in Wassertiefen abzusinken, in denen keine Photosynthese mehr möglich ist.

In dieser Arbeit wird vor diesem Hintergrund ein systematischer Transfer biologischer Konstruktionsprinzipien zu technischen Leichtbaulösungen untersucht. Es wird eine systematische Vorgehensweise für bionischen Leichtbau entwickelt, welche das Potential von Planktonschalen zur Konzeptfindung nutzt und durch eine Ergänzung der etablierten Produktentwicklungsmethodik der Ingenieurwissenschaften umgesetzt werden kann.

Zunächst wird hierfür der Auswahlprozess untersucht, welcher dem Auffinden eines oder mehrerer passender natürlicher Vorbilder für ein technisches Problem dient. Mit Hilfe einer speziellen Suchfunktionalität erfolgt ein schnelles Auffinden passender natürlicher Vorbilder innerhalb eines Wissensspeichers. Gegenstand des Wissensspeichers sind biologische Vorbilder, die hinsichtlich ihrer strukturmechanischen Eigenschaften aufbereitet vorliegen. Eine vereinfachte Bewertung des Leichtbaupotentials der biologischen Vorbilder wird im Wissensspeicher integriert. Die Abstraktion der Prinzipien der Natur zur technischen Lösung wird anschließend anhand eines Transfers biologischer Bauprinzipien mit Hilfe der Topologieoptimierung innerhalb eines speziellen Bauraumes der biologischen Strukturen untersucht. Die parametrische Optimierung wird als Hilfsmittel zur weiteren Spezialisierung der durch den automatisierten Transfer gewonnenen Bauprinzipien angewandt. Die betrachteten Methoden und Werkzeuge werden abschließend anhand eines aktuellen Anwendungsfalles getestet und bewertet. Hierzu wird eine Gründungsstruktur für eine Offshore-Windenergieanlage entworfen.

Für mehr Hintergrundinformationen zum Thema werfen Sie doch einfach einen Blick in die komplette Dissertation

ELiSE - Ein bionischer Produktentstehungsprozess

Der bionische Produktentstehungsprozess ELiSE (Evolutionary Light Structure Engineering) basiert auf den überragenden Leichtbaustrukturen von Planktonorganismen. Besuchen Sie uns doch gerne auf unserer Website www.elise.de und erfahren Sie mehr über das innovative Verfahren, unsere Forschungsaktivitäten und unser Dienstleistungsportfolio im Bereich der branchen- und materialunabhängigen Leichtbauentwicklung.