“Smart Materials” – Materialien mit adaptiver Form- und Steifigkeitsregulation<\/p>\n
Was ist Bionik?Seit der Entstehung der ersten Lebewesen vor mehr als drei Milliarden Jahren entwickelt sich das Leben auf unserem Planeten kontinuierlich fort und bringt dabei eine sehr gro\u00dfe Anzahl ?genialer? und teilweise \u00fcberraschender Konstruktionsans\u00e4tze und Probleml\u00f6sungen hervor. Die Bionik befasst sich mit der Analyse und \u00dcbertragung dieser enormen ?biologischen Kreativit\u00e4t? in technische Anwendungen.Was sind Smart Materials?Smart Materials sind Materialien oder Strukturen die in vorhersehbarer und reversibler Art und Weise auf Ver\u00e4nderungen ihrer Umwelt reagieren oder auf diese hin angepasst werden k\u00f6nnen. In dem vorliegenden Projekt werden Strukturen entwickelt die (selbst-)adaptiv ihre Steifigkeit ver\u00e4ndern und so in ihrer Form und ihren D\u00e4mpfungseigenschaften regulierbar sind.Vorbildsysteme in der NaturVor etwa 460 Millionen Jahren entstanden die ersten Landpflanzen. Neben dem Problem der Verankerung mussten sie vor allem auch Strukturen und Mechanismen entwickeln, um den Kr\u00e4ften von Gravitation und Wind sowie den Bedingungen in einer austrocknenden Umwelt zu widerstehen. Der \u00dcbergang vom Wasser zum Landleben war deshalb mit der notwendigen Ausbildung zahlreicher neuer Eigenschaften und Strukturen verbunden. Zwei dieser Strukturen werden in diesem Projekt untersucht und die \u00dcbertragung der zugrunde liegenden Prinzipien in technische Systeme gepr\u00fcft und vollzogen. Dies sind zum einen zellul\u00e4re Druckmantelsysteme und zum anderen Druckr\u00f6hrensysteme wie sie in krautigen Pflanzen zu finden sind. Dabei werden sowohl Pflanzen mit hohlem als auch mit massiven Achsen untersucht.Untersuchung der biologischen VorbilderAn den Versuchspflanzen werden morphologisch-anatomische Untersuchungen der f\u00fcr die Steifigkeit der Achsen verantwortlichen Strukturen durchgef\u00fchrt werden. Hierf\u00fcr werden Frischschnitte und Dauerpr\u00e4parate der Sprossachsen hergestellt. Die zu untersuchenden anatomischen Parameter der Zellen werden anhand von L\u00e4ngs- und Querschnitten vermessen, bei denen die verschiedenen Gewebe mit F\u00e4rbemethoden kenntlich gemacht werden. Diese Daten werden mit Daten aus der Untersuchung der Biege- und Torsionssteifigkeit der Pflanzenachsen numerisch beschrieben und in rechnergest\u00fctzten Simulationen eingesetzt.Umsetzung in bionische ProdukteDie Umsetzung soll bis zur Fertigstellung von Demonstratoren im Laborma\u00dfstab erfolgen. Dabei steht der Einsatz von Technischen Textilien und Sch\u00e4umen im Vordergrund. Diese erm\u00f6glichen die Herstellung von technischen Strukturen die pflanzlichen Strukturen sehr nahe kommen und wurden bereits bei der Entwicklung und Produktion des Technischen Pflanzenhalms in der Plant Biomechanics Group Freiburg verwendet. Die Technischen Textilien dienen dabei der Strukturgebung und bilden Steifigkeitsgradienten im Produkt nach. Technische Sch\u00e4ume mit zell\u00e4hnlichen Strukturen sollen f\u00fcr die Bildung von technischen Druckmantelsystemen eingesetzt werden. Beide Elemente sind au\u00dferdem aufgrund ihres geringen Gewichts sehr gut f\u00fcr den Leichtbau geeignet. Die Umsetzung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Institut f\u00fcr Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) Denkendorf, dem Fraunhofer Institut f\u00fcr Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg und dem Center for Synergetic Structure der EMPA in Duebendorf(CH).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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