Bionik - A Hitchhiker's Guide to Sustainability

BIONIK A Hitchhiker‘s Guide toSustainability
Open Space Ideenkonferenz | SUSTAINOVATION
So, 27. Juni 2010
Elke Barbara Bachler | kreaWERFT

kreaWERFT
Wissenstransfer & Netzwerke
Steirisches Ein-Personen-Unternehmen
EBB – Elke Barbara Bachler
Chemotechnikerin
Mutter
WebDesignerin
Schrägdenkerin
Publikationen
The Evolution of Innovation BAC-Arbeit zum Thema TRIZ & Bionik
The Innovative MindBAC-Arbeit zum Thema Biokybernetik & Memetik
Das POACH-Prinzip Fachartikel, Buch in ArbeitTeamarbeit & Open Innovation & Memetik
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Bionik - A Hitchhiker's Guide to Sustainability

BIONIK Was ist das?
Grundlegende Erklärung
Herausforderungen in der tatsächlichen Anwendung

Der Begriff BIONIK
Unter dem deutschen Kunstwort BIONIK wird ein interdisziplinäres Wissensfeld an der Schnittstelle zwischen Biologie und Technik verstanden, welches zum Ziel hat, von biologischen Systemen abgeleitete Prinzipien in technischen Anwendungen und Lösungsstrategien einzubringen.*
Biologie – griech. βιός [bios] Leben und λόγος [logos] LehreTechnik – altgriech. τέχνη [téchne]Fähigkeit, Kunstfertigkeit, Handwerk
Die „Übersetzung“ des Wissens ist die große Herausforderung: Biologie & Technik haben unterschiedliche Prioritäten & Fachsprachen.
* Zitat aus: "Bionik-Potenzial in Österreich" - Institut für Technologiefolgen-Abschätzung, ÖAW, Sept. 2006
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Der Begriff BIONIK
Im Englischen verwendet man eher „biomimetics“ bzw. „biomimicry“. Bionics verbindet man mit Robotik und künstlichen Gliedmaßen.
Mimikry – griech. μίμηση (mímēsē): „Nachahmung, Imitation“
Bionik hat mehr zu bieten 
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Nicht neu.
Leonardo da Vinci (1452 - 1519) war Maler, Bildhauer, Architekt, Musiker, Anatom, Mechaniker, Ingenieur, Naturphilosoph und Erfinder in der Renaissance; er wird als das italienische Universalgenie bezeichnet. Und von manchen Menschen als erster Bioniker.
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Bionik = Lernen von der Natur
Das haben wir uns im Laufe der Zeit nicht gerade leichter gemacht!
Interdisziplinarität ist gefordert:Von der Wissens-Schublade zur Wissens-Schnittstelle
Vieles ist erst jetzt erkennbar (Nano- & Biotechnologie)
Vom Erkennen über das Verstehen bis hin zum Umsetzen ist es ein weiter Weg
Entdeckungen sind im Gegensatz zu Erfindungen nicht patentierbar
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Wir denken eher in linearen Ursache-Wirkungs-Ketten als in ganzheitlichen Systemen und Prozessen
Natürliche Systeme sind meist hochkomplex (Beispiel Klima)
In komplexen Systemen ist die naturwissenschaftliche Prämisse der Reproduzierbarkeit schwer zu erfüllen
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Try & Error ist ein Unwort für „Innovatoren“,in der Natur steht Serendipität (der glückliche Zufall) an der Tagesordnung – Simulationen helfen dabei mittlerweile (verbessern den Zeitfaktor)
Effektiv? Effizient? Bedeutung? … siehe dazu Michael Braungart & Cradle2Cradle
Paradigmenwechsel vom biblischen „fill the earth and subdue it“ zu Francis Bacon*: „Nature iscommandedbyobeying her.“
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*Englischer Staatsmann und Philosoph, 1561-1626

BIONIK Theorie & Praxis
Herausforderungen und Anwendungsbeispiele

Bionik einsetzen
Unterschiedlichste Anwendungsgebiete wie Architektur, Design, Management, Medizin, Sensorik, Energietechnik, …
Verschiedene konkrete F&E Projekte (hoher Ressourcenbedarf an Wissen, Zeit und Geldmittel)
Anwendung als Kreativitätstechnik möglich (Analogien bilden, Produkte kreuzen, Funktionsdatenbanken, …)
Nutzung der Prinzipien nach Nachtigall und Vester zur Evaluierung(darauf kommen wir noch zurück)
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Bionik-Klassiker I Klettverschluss
George de Mestral (Schweizer) ging mit seinem Hund spazieren und erkannte beim Lösen der Kletten aus dem Hundefell das Innovationspotential dieser Hafteigenschaften.
Umsetzungsdauer Idee zu Produkt: 10 Jahre
ERGO:In der Umsetzung nicht gerade trivial!

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Bionik-Klassiker II Lotus-Effekt
Standard-Beispiel für Bionik bzw. für Nanotechnologie
Lotosblumen gelten als Sinnbild für Reinheit. Das hängt mit der Nano-Struktur ihrer Blätter zusammen: Wasser kann beim Abperlen den Schmutz leichter auf- und mitnehmen.
Hintergrund-Story: Bis die Physik der Biologie glaubte, dass eine strukturierte Oberfläche eher sauber halten kann als eine glatte – nun, das hat gedauert.

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Struktur Statt Gift
Seepocken (kleine Krebstiere) besiedeln Wale, die sie zu neuen, nährstoffreichen Revieren chauffieren.
Das machen sie auch bei Schiffsrümpfen, der Gleitwiderstand erhöht sich dadurch um bis zu 15%, man benötigt entsprechend mehr Treibstoff.
Bislang wurde Schiffsrümpfe mit Gift bestrichen, um das zu verhindern. Jetzt nimmt man sich den Hai zum Vorbild und verwendet strukturierte Anstriche – das mögen Seepocken auch nicht.

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Seegurken & nanokomposite
Seegurken haben eine erstaunliche Fähigkeit: Ihre weiche Haut kann sich innerhalb kürzester Zeit verhärten, wenn sie sich bedroht fühlen.
Der Trick dahinter: In der Haut der Tiere sind starre Nanofasern aus Kollagen in weiches Gewebe eingebettet.
Ähnliches wird nun mit einem Nanokomposit-Material imitiert – durch die Einwirkung von Wasser wird hartes Material weich.
Mögliche Anwendungsgebiete: Biomedizin, Schutzwesten, Prothesen

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Kofferfisch & Mercedes
Ein weiterer Klassiker: Mercedes versuchte sich an einer bionischen Design-Studie nach dem Vorbild des Kofferfisches.
Man würde es nicht vermuten: Die eher plump anmutende Form hat hervorragende Strömungseigenschaften.
Diesen Effekt kann man übrigens öfters beobachten: Nach unseren Maßstäben ist so manches in der Natur völlig unlogisch.

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Energietechnik
Ressource Meeresströmung
bioSTREAM von BioPower Systems | Pilotprojekt 2010 | Australien
Nutzung der Meeresströmung um Generator anzutreiben (Drehmoment-Widerstand)
Im Grunde Umkehrung des Flossenschlages

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Ressource
Wellenkraft
bioWAVE von BioPower Systems
Pilotprojekte in Australien, US, Spanien
Gleiches Prinzip wie bioSTREAM, aber mit Wellenkraft (ähnliche Ansätze gibt es auch auf der Wasseroberfläche).
Wie bei Gräsern legt sich das System bei zu starkem Wellengang flach auf den Meeresboden, dadurch kann beim Material / der Belastbarkeit gespart werden.
Das ist eher unüblich – Menschen bauen normalerweise nicht fehlerfreundlich, sondern für die Ewigkeit und allen Umständen trotzend wollend.

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Energietechnik
Ressource
Wind
whalepower.com – Nutzung von Struktur statt Linearität
Durch die Walflossen-ähnliche Struktur höherer Wirkungsgrad und geringere Geräuschentwicklung.

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FESTO
Bioniclearningnetwork
FluidicMuscle, Air_penguin, Aqua_ray, Airmotion_ride u.a.m.
Vom natürlichen Vorbild, dem technischen Grundprinzip und die bionische Adaption zur industriellen Anwendung (siehe nächste Folie)

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© festo.com

BIONIK Funktion & Form
Der Design-Begriff als Kombination von Ästhetik und Zweckerfüllung

Die Natur bietet Ästhetik.
© Elke Barbara Bachler | pixelio.de
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Nicht immer.
© Uwe Kunze | pixelio.de
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10 Design-Prinzipien nach Dieter Rams, Braun
Gutes Design ist innovativ.
Gutes Design macht ein Produkt nützlich.
Gutes Design ist ästhetisch.
Gutes Design hilft, das Produkt zu verstehen.
Gutes Design ist dezent.
Gutes Design ist ehrlich.
Gutes Design ist langlebig.
Gutes Design ist konsequent bis ins kleinste Detail.
Gutes Design sorgt sich um die Umwelt.
Gutes Design ist so wenig Design wie möglich.
QUELLE: designapplause.com
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10 Bionik-Prinzipien nach Nachtigall
Integrierte (statt additiver) Konstruktion
Optimierung des Ganzen (statt Maximierung des Einzelnen)
Multifunktionalität vor Monofunktionalität
Feinabstimmung gegenüber der Umwelt
Energieeinsparung statt Energieverschwendung
Nutzung von Sonnenenergie (direkt & indirekt)
Haltbarzeit zeitlich abgestimmt
Rezyklierung (statt Abfallanhäufung)
Vernetzung (statt Linearität)
Versuch-Irrtum-Prozess
Quelle: Das große Buch der Bionik, Nachtigall / Blüchel
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8 Prinzipien nach Vester
Negative muss über positive Rückkopplung dominieren
Systemfunktion muss vom quantitativen Wachstum unabhängig sein
System muss funktions- und nicht produktorientiert arbeiten
Nutzung vorhandener Kräfte (Jiu-Jitsu) statt Bekämpfung
Mehrfachnutzung von Produkten, Funktionen und Organisationsstrukturen
Recycling – Nutzung von Kreisprozessen*
Symbiose – Nutzung von Verschiedenartigkeit**
Biologisches Design von Produkten, Funktionen und Organisationsstrukturen durch Feedback-Planung
*Cradle 2 Cradle geht einen Schritt weiter, nicht nur Material, auch Funktion/Intelligenz bleibt erhalten * * Synergie ist eher das Finden & Nutzen von Gemeinsamkeiten
Quelle: Die Kunst vernetzt zu denken, Frederic Vester
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BIONIK Konnex Sustainovation
Innovation – Nachhaltigkeit – Ethik

Der Begriff INNOVATION
Fortpflanzung ist fehlerhafter Kopierprozess (Genetik)+ natürliche Selektion (fit = optimal angepasst) = Innovationaka neue, überlebensfähige Spezies
Idee (Kreativität, Leidensdruck, Memetik*) + Potential und Nachfrage (Ressourcen, Technik, Markt) = Innovationaka neue, am Markt erfolgreiche Idee
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* Begriff von Richard Dawkins
Ein Mem ist Träger kultureller Information, in Analogie zum Gen & biologische Information

Der Begriff SUSTAINABILITY
Die deutsche Übersetzung „Nachhaltigkeit“ trifft es m. E. n. nicht wirklich. Der englische Begriff trägt den Aspekt des „Sich-Selbst-Erhaltens“ in sich, und das impliziert adaptives Verhalten in sich ändernden Systemen.
Natürliche Systeme bzw. Lebewesen trachten danach, sich selbst erhalten zu können. Der Darwin‘sche Begriff „Survivalofthe Fittest“ bedeutet nicht das Überleben des Stärksten, sondern des Am-Besten-Angepassten.
Ohne Anpassungsfähigkeit an das umgebende System kein Überleben. Das ist nicht nur ein Plädoyer für umwelt- und menschenbewusstes Gestalten, es ist ein stichhaltiges Argument.
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© Thomas Werner | pixelio.de
© Siegried Bellach | pixelio.de
Kahlfraß oder Win-Win-Situation? Wie agiert man als Unternehmen? Was bevorzugt man als Kunde?
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Eine Frage der ETHIK

Die Natur zeigt sowohl Beispiele für umsichtige als auch für räuberische Ressourcennutzung. Und die Ergebnisse.
Ausreizen von Ressourcen  Gewinnmaximierung  Krebszellen-artiges Wachstum  tödlich. Umsichtiges Nutzen von Ressourcen  Gewinnoptimierung  Adaptionsfähigkeit & Fitness  nachhaltig überlebensfähig.
Es geht nicht um ein „Romantisieren“ der Natur.
Die Natur ist nicht gut
oder schlecht.
Sie zeigt
Vorgehen & Resultat.
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Thema RESSOURCEN

Bionik als Reiseführer
Kreative Imitation der Natur Nachhaltig wirksame und ethisch korrekte Innovationsgestaltung

Paradigmenwechsel
Quantitatives Wachstum
Systeme kippen durch positive Rückkopplung - Feedback wird ignoriert
MISS Makeit Simple & Stupid
Konkurrenz & KannibalismusEnergieverlust
Spiel-TheorieDauer-Verräter
Bauchladen & Dot-Com
Qualitatives Wachstum
Systemstabilität durch negative Rückkopplung – Feedback zur Regelung
KISS Keep it Smart & Simple
Synergien & SymbiosenEnergieeinsparung
ESS Be Nice Twice
USP & NicheThyself!
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Paradigmenwechsel
Stichworte Systemdenken & Fehlerfreundlichkeit
Stichwort De-Growth
Stichwort Open Innovation
Vom Jäger & Sammler* zum Pflanzer & Hirten zum … Heger & Pfleger?
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* Diese Begriffe bitte unabhängig von der
biologisch-geschlechtlichen Erscheinungsform interpretieren, danke!

DANKE!
Session mit Manuel Laber im Rahmen der
Open Space Ideenkonferenz Sustainovation

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www.sustainovation.eu
Die Session „Bionik – A Hitchhiker‘s Guide toSustainability“ wurde im Rahmen der Sustainovation abgehalten.
Mein Dank gilt der hervorragenden Organisation und insbesondere Manuel Laber, Student an der TU Wien (Profil auf xing.com).
Er hat sich spontan bereit erklärt, die Session mit exzellenten Erklärungen, technischen Beispielen und Anschauungsmaterial zu unterstützen.

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Manuel Laber, TU Wien
(c) Oleksandr Hnatenko http://www.pohtography.com/
Elke Barbara Bachler, kreaWERFT

Credits - Bildmaterial
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Möwe Norbert Schmitz | PIXELIO.de | www.pixelio.de (2, 43)
Bionisch inspirierte Mode www.futurevisionprojekt.de (5)
Designstudie „Sitzblatts“ www.white-elephant.at (5)
DVD- und Buchumschläge www.amazon.de (5, 7, 8, 9, 35)
Collage Mercedes / Kofferfisch www.inspiration-natur.net (16)
Tieraufnahmen www.pixelio.de (23, 24, 31)
Fotos von der Sustainovationwww.pohtography.com(38)
Begriffsdefinitionen und Bilder von Wikipedia – Die freie Enzyklopädie www.wikipedia.org (4, 5, 6, 13)
Weitere Bilder wurden den in Folge angeführten Artikeln und Webseiten entnommen.

Credits – Artikel & Weblinks
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Artikel zum Thema Klettverschluss (12)
http://www.kindernetz.de/infonetz/thema/bionik/klettverschluss/-/id=172680/nid=172680/did=34094/mumbf5/index.html
Artikel „Haifischhaut soll Schiffrümpfe schützen“ (14)
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,365645,00.html
Artikel „Materialforscher kopieren Seegurke“ (15)
http://sc.tagesanzeiger.ch/dyn/wissen/lifescience/848924.html
Artikel „Mercedes Bionic Car“ (16)http://www.spiegel.de/auto/aktuell/0,1518,359707,00.html
10 Design-Prinzipien nach Rams (25)http://designapplause.com/2009/dieter-rams-10-design-principles/6791/

Credits - Weblinks
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Firmen-Weblinks
BioPower Systems www.biopowersystems.com (17, 18)
Whalepowerwww.whalepower.com (19)
FestoBionic Learning Network http://www.festo.com/cms/de-at_at/12557.htm (20, 21)
Literatur
Bionik-Potenzial in Österreich.Raab, Ch., Nentwich M. (2006)
Institut für Technikfolgen-Abschätzung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Endbericht zur Studie im Auftrag des BMVIT
http://epub.oeaw.ac.at/ita/ita-projektberichte/d2-2e18.pdf
Zusätzlicher LINKTIPPChaotische, geordnete und komplexe Systeme – erklärt an Hand einer Kinderparty http://cognitive-edge.com/video-childrens-party.php

Bücher
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Ing. Elke Barbara Bachler, BSc.
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Bionik - A Hitchhiker's Guide to Sustainability

by Elke Barbara Bachler on Jul 03, 2010

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