Bionik und Verkehrstechnologie

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1 Handout Bionik und Verkehrstechnologie Donnerstag, 3. April 2008 Technisches Museum Wien

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3 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin V2Splus.at Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber fuer Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

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5 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin V2Splus.at Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber fuer Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

6 Green AURA - sexy Rudolf Bannasch Explorative bionics = experimental biology Hard core: Constructive bionics INTERNATIONAL CO-OPERATION UK Norway Canada USA Netherl. France Spain Poland Russia Ukraine Slovenia Japan China Singapore Argentina Chile Austria Switzerland Italy Australia New Zealand Start: June 2001 June 2007 > 72 members at 34 places Deutscher Pavillon auf der EXPO 2005 in Aichi, Japan BIOKON Fachgruppen 1

7 ? => Minimum of - Material - Control - Energy METHODS of OPTIMISATION - Adaptive growth - Evolutionstrategy Claus Mattheck, FZ Karlsruhe life time 100x increased DYNAMIC STATICS Reaction of Skeleton to load changes Nature does NOT provide BLUEPRINTS! 2

8 Optimal function => Innovative design Optimal function => Innovative design inside and outside EXPO 2005 Aichi, Japan EVOLUTION STRATEGY Optimization by Laws of Nature EADS: Ultra light weight construction of the Airbus A380 wings inspired by the structure of bird bones 3

9 [1, 3 (, ) ]-ES Gipfelspringen und Gipfelklettern mit der geschachtelten Evolutionsstrategie Archaeopteryx lithographica,. Humboldt University, Berlin. OPTIMAL BODIES shaped by Nature 4

10 Pinguin model in the smoke wind tunnel 5

11 VWS, TU Berlin Body of rotation with turbulence generator Body of rotation without turbulence generator Salvador Dali C DO ( ) ( ) 25-30% But engineers have to consider scale effects! Shape comparison: Emperor, Gentoo and Little penguin 6

12 Giant Petrel (Macronectes giganteus), Antarctica C D = 0,17 Radio operated Penguin Robot 7

13 BIONIC SURFACES and materials Reif, Tübingen, seit 1972 Bechert, DLR Berlin Dolphin skin Hai-Tech 2002 Adhesive & Microfrictional Surfaces The frictional surfaces evolved to fixate parts of the body to each other, or to attach an insect to the substratum 20 µm Pyrrhosoma nymphula 8

14 Design Principles of Attachment Devices Gorb 2002 Adhesion mediated by secretions Hooks Lock Sucker A combination of different principles is possible Lever Friction Barthlott, Nees Institut, Bonn Antifouling HS Bremen A. Pulvillus of the syrphid fly Eristalis pertinax in contact with the glass surface B. Tenent setae tips surrounded by secretion C. Footprints on a glass surface. Note the regular pattern of droplets 9

15 Schnitt in Epoxidharz eingebettet knochenartige Struktur aus Apatit Biocomposite, Gao et al

16 CAN WE GO BEYOND NATURE? Induced drag reduction ONERA Evolution of slotted wing tips in the wind tunnel 11

17 Tip vortices at slotted wing 10 % Fuel reduction in flight tests Dr. Gratzer, BOING Chief-Aerodynamicist Quantity New Quality Evolution of wing tip configurations Gulfstream II aircraft Bionics can help to - improve the start position - shortcut ways and time of development - or to go even further... 12

18 W rel. db (A) Tip vortexcavitation at ship propeller Sound field visualisation Acoustic camera (GFaI) Continuously thin sheet of vorticity No core vortices! (no low pressure peaks) EXPO 2005 Aichi, Japan Performance in comparison Elektrische Leistung Geräuschemission (bei 8,3 m/s) % % % Normal Bionik 3 Windgeschwindigkeit [m/s] Drehzahl [U/min] 13

19 BIONIC ROBOTS - heavy - stiff - sealing problems - fluidic muscles - elastic structures 14

20 fluidic muscle FESTO AG & Co. Human arm in function (Bammes) Can hardly be copied, other solution required Most challenging: The human hand Bionische Robotik - fluidic muscle - 15

21 Hannovermesse 2006 Christoph Schindler, fh München FIN RAY EFFECT adverse reaction (genius things are simple) Leif Kniese, EvoLogics 16

22 Ein Werkzeug denkt mit. BIONIC MANTA Bionic system integration: Combination of S2C technology with other innovative approaches from Nature The first intelligent autonomous subsea glider for - underwater survey - sea-floor mapping - technical inspection underwater pipeline, cables, ship and harbour security etc. - environmental monitoring - and many other applications Vielen Dank und einen spannenden Tagungsverlauf 17

23 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin V2Splus.at Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber fuer Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

24 Bionik und Management Management Bionik Dr. Karl-Heinz Oeller Was Manager von der Natur lernen können! Fachveranstaltung Bionik & Verkehrstechnologie Wien, 3. April 2008 Dr. Karl Heinz Oeller Geschäftsleitung Management Cybernetics & Bionic Seite 1 Bionik im Management Bionik im Top Management ist auf den folgenden Gebieten für erfolgreiche Manager ein Thema: 1. Bei der Entwicklung von Innovationen 2. Bei der Gestaltung von Innovationsmanagementprozessen. 3. Zur Lösung von Optimierungsaufgaben z.b. Distributionslogistik 4. Bei der Entwicklung einer lebensfähigen Organisations-Struktur 5. Bei der wirksamen Umsetzung von Strategien und Projektergebnissen Was bedeutet erfolgreiches Management? Wird am Malik MZSG mit der Frage beantwortet: Was unterscheidet richtiges und gutes von falschem und schlechtem Management? Es geht dabei um wirksames und ressourcenschonendes Beherrschen / Lenken von allen Arten von Institutionen Im Gegensatz zu ineffektivem, an falschen Prinzipien und Interessen ausgerichtetem, nicht optimierten Management. Eine zentrale Aufgabe in der heutigen Zeit ist die Beherrschung der zunehmenden Entwicklungsgeschwindigkeit und Komplexität. malikmzsg malikmzsg malikmzsg malikmzsg Seite 3 Seite 4

25 Unser Basisverständnis von Management Bionik Alles Leben ist Problemlösen (Karl Popper) Die Bionik ist die Wissenschaft der Befassung mit Lösungen, die die Natur im Trial and Error Prozess über Jahrmillionen entwickelt hat. Diese Lösungen sind optimiert und weisen höchste Wirkungsgrade auf. Bionik befasst sich mit dem Lernen von biologischen Systemen, um komplexe Probleme zu lösen. Seite 5 Seite 6 Das Prinzip: Vom Vorbild über die Abstraktion zu neuen Lösungen Generell: Bionisches Vorgehen *) auf verschiedenen Abstraktionsebenen Umsetzen eines Prinzips/Methode Nachbilden über Analogie Direkte Nutzung B i o l o g i s c h e s S y s t e m Abstraktes Modell Abstraktes Modell Technisches System Technisches System Technisches System Soziales System Soziales System z.b. Fliegen als Sensoren für giftige Gase in Gruben, die charakteristische Impulse an Analysegeräte weitergeben malikmzsg malikmzsg malikmzsg malikmzsg Seite 7 *) in Anlehnung an Prof. Hill Seite 8

26 1. Innovationen: Nachbilden über Analogien 1. Innovationen Analogie-Bionik bei technischen Systemen (1) Umsetzen eines Prinzips/Methode Nachbilden über Analogie Direkte Nutzung B i o l o g i s c h e s S y s t e m Abstraktes Modell Abstraktes Modell Technisches System Technisches System Technisches System Soziales System Soziales System z.b. Fliegen als Sensoren für giftige Gase in Gruben, die charakteristische Impulse an Analysegeräte weitergeben Seite 9 Seite Innovationen: Qualitätssprung im Winglet Design! 1. Innovationen: Analogie-Bionik bei technischen Systemen (2) malikmzsg malikmzsg malikmzsg malikmzsg Seite 11 Seite 12

27 1. Innovationen Kosmetikanwendung Eine Sonnencreme mit Quallenabwehr 1. Innovationen: Kosmetikanwendung Eine Anti-aging-Creme Sophora japonica schützt ihre Blätter durch das Sezernieren von Flavonoiden vor dem Austrocknen, vor UV-Strahlen und vor Stress Der Clownfisch (Amphiprion) schützt sich durch Schleim vor dem Gift der Seeanemonen Ergebnis: links mit, rechts ohne Schutz malikmzsg malikmzsg Quelle: Stanford University Seite 13 Seite Innovationen: Kosmetikbereich Bionik Ideenlieferant für die Kosmetik 1. Innovationen: Kosmetikbereich Das Produkt Ladival med repariert UV-geschädigte Hautzellen Das Produkt Alpha-Flavon von Nivea Visage Wissenschaftler des Beiersdorf- Konzerns haben der Natur auf die Finger geschaut Wissenschaftler der Universität Düsseldorf erkannten die Wirkweise des Enzyms Photolyase in Blaualgen das Ergebnis: eine Hautcreme mit dem Wirkstoff Alpha-Flavon, der auf dem natürlichen Flavonoid des Pagodenbaumes basiert das Ergebnis: eine Sonnencreme mit diesem Enzym, das auch Blaualgen als Regenerationsmechanismus gegen UV-Strahlung nutzen der Nutzen (?): der Wirkstoff läßt die Haut bis zu 10x langsamer altern malikmzsg die Wirkung: Phytolyase erkennt die beim Sonnenbrand durch UV-B- Strahlung entstehenden Zellschäden und löst sie auf malikmzsg Seite 15 Seite 16

28 1. Innovationen: Zahnmedizin 1. Innovationen: Sonnenschutzfaktor Chitin stellt 80% der Gesamtmasse im Exoskelett der Krabben und Shrimps dar Hippopotamus amphibicus sekretiert an, Rücken, Gesicht + Ohren ein Mix aus 2 Pigmenten. Funktion: Sonnenschutz, Antibiotikum + Kühlung Verwendung von Chitin: als Ionentauscher für Membranen in der Medizintechnik in der Kosmetik und als Nahrungsergänzungsmittel in der Landwirtschaft, in Kläranlagen und in Farben Kriterien für eine gute Zahnpasta: bindet schädliche Mundkeime Kariesprophylaxe fördert die Wundheilung bindet spezifisch Schwermetalle (Amalgam) bildet auf dem Zahnschmelz Filme (Versiegelung) malikmzsg Seite 17 Quelle: K. Hashimoto, Kyoto Pharm. Univ. 1,2: Rotes Pigment (Hipposudoric acid) 3: Orangpigment (Norhipposudoric acid) 4,5: Synthetisiertes Modelpigment malikmzsg Seite 18 Falsch!!! Nachbilden über Analogien für die Führung Analogie-Bionik bei sozialen Systemen problematisch, da Gefahr der Beliebigkeit Beispiel aus biologischem System Umsetzen eines Prinzips/Methode Nachbilden über Analogie Direkte Nutzung B i o l o g i s c h e s S y s t e m Abstraktes Modell Abstraktes Modell Technisches System Technisches System Soziales System Soziales System z.b. Fliegen als Sensoren für giftige Gase in Gruben, die charakteristische Impulse an Analysegeräte weitergeben - Ein Löwe tut möglichst wenig - Er lässt andere für sich jagen Anwendung auf soziales System - Als Chef tue möglichst wenig - Lass andere für dich arbeiten malikmzsg malikmzsg Seite 19 Seite 20

29 2. Der Innovationsprozess: Umsetzen biologischer Prinzipien / Methoden / Strategien 2. Gestaltung des Innovationsmanagementprozesses Beispiel aus biologischem System Umsetzen eines Prinzips/Methode Nachbilden über Analogie Direkte Nutzung B i o l o g i s c h e s S y s t e m Abstraktes Modell Abstraktes Modell Technisches System Technisches System Technisches System Soziales System Soziales System z.b. Fliegen als Sensoren für giftige Gase in Gruben, die charakteristische Impulse an Analysegeräte weitergeben Mutations-Selektions-Prinzip als Optimierungsstrategie Anwendung auf technisches System Evolutionäre Experimentieranordnung zur Optimierung des Wirkungsgrades einer Düse Seite 21 Nach 200 Schritten (davon 45 erfolgreich) konnte der Wirkungsgrad um 55% verbessert werden! (Schwefel u. Rechenberg) malikmzsg malikmzsg Seite Bionik Ansatz zur Lösung von Optimierungsaufgaben am Beispiel der Distributionslogistik Verhalten und die Strategie der Ameisen, gemeinsam den besten Weg zu finden, um Nahrung ins Nest zu schaffen (Vorbild und Prinzip) Anwendung auf Distributionslogistik: Biologische Prinzipien / Modelle in Anwendung auf soziale Systeme (2) 4. Management and Organization 5. Effektive Kommunikationsstrukturen zur wirksamen Umsetzung von Strategien und Projektergebnissen Die Routenplaner imitieren mit virtuellen Ameisen die Strecken, die mit dem geringsten Energieverbrauch am schnellsten zum Ziel führen; Quelle: National Geographic, Ausgabe August 2007 (elektr. Pheromone, zusätzlicher Optimierungsalgorithmus mit Lager, Preis und Kundensituation) Seite 23 malikmzsg malikmzsg Seite 24

30 Umsetzen biologischer Prinzipien / Methoden / Strategien 4. Management und lebensfähige Organisationsstrukturen Umsetzen eines Prinzips/Methode Nachbilden über Analogie Direkte Nutzung B i o l o g i s c h e s S y s t e m Abstraktes Modell Abstraktes Modell Technisches System Technisches System Soziales System Soziales System z.b. Fliegen als Sensoren für giftige Gase in Gruben, die charakteristische Impulse an Analysegeräte weitergeben Die Natur hat die beste Steuerung für komplexe nicht vorhersehbare Umfeldentwicklungen gefunden : Das menschliche Zentralnervensystem Beer schliesst aus dessen logischer Funktionsweise auf ein allgemeines Modell, das VSM. We will seek the source of effective organization in the cybernetics of natural processes the brain itself. Seite 25 Seite 26 Gibt es eine invariante Struktur für control of a complex system? Vergleichende Anatomie des Gehirns von Wirbeltieren malikmzsg malikmzsg malikmzsg malikmzsg Seite 27 Seite 28

31 Von der Metapher zum Modell Das Gesamtmodell für eine bionisch inspirierte Organisation 5 Systemfunktion 5: Werte / Identität 4 Systemfunktion 4: Zukunft Outside and Than 3 Systemfunktion 3: Optimierung Inside und now 3* 2 Systemfunktion 3*: Inspektion /Audit 1a Systemfunktion 2: Koordination Funktionsweise des menschlichen Nervensystems Charakteristische Funktionen & Steuerungsleistungen des menschlichen Nervensystems Viable System Model (VSM) malikmzsg 1b 1c 1d Systemfunktion 1: Zweckerfüllung malikmzsg Stafford Beer, Brain of the Firm, Seite 29 Seite 30 Biologische Prinzipien / Modelle in Anwendung auf soziale Systeme 5. Effektive Kommunikationsstruktur: Syntegration Management and Organization Der bionisch genetische Code wirksamer Kommunikation 5. Effektive Kommunikation wirksamen Umsetzung von Strategien und Projektergebnissen malikmzsg malikmzsg Seite 31 Seite 32

32 Das bionisch inspirierte Modell: die optimierte Kommunikationsarchitektur Meetings: 5 Mitglieder pro Thema 5 Personen... diskutieren 1 Thema 30 Personen arbeiten an 12 Themen malikmzsg malikmzsg Seite 33 Seite Personen arbeiten in 3 Rollen an 12 Themen Zunehmende Einigkeit, resultierend in einem konstistenten Massnahmenplan % Eigenwert % 90% Einigkeit nach 2-3 Tagen Massnahmen: Wer macht was bis wann? % 96% 98% 99% Prozentsatz verbreiteter, latenter Information malikmzsg malikmzsg Seite 35 Iterationen Seite 36

33 Zusammenfassung Bionik im Management ermöglicht die Anwendung der Ergebnisse, welche die Natur in einem jahrmillionen dauernden Trial und Error Prozess an optimierten Ergebnissen entwickelt hat: Diese Ergebnisse sind immer optimal und weisen den höchsten Wirksamkeitsgrad auf Es gilt die Einsicht: Man kann die Natur nicht verbessern! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wir sollten daher zur Lösung der komplexen Probleme im Management dieses Reservoir nutzen! malikmzsg malikmzsg Seite 37 Seite 38

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35 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin V2Splus.at Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber fuer Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

36 Bionik und Verkehrstechnologie Technisches Museum Wien 3. April 2008 Bundesministerium für f r Verkehr, Innovation und Technologie Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim S1-01 VP&S - Optimization and Robust Engineering Adam Opel GmbH Internationales Technisches Entwicklungszentrum, RüsselsheimR International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim FE-Modell Achsschenkel Spannungsverteilung Achsschenkel Lastfall: Kurvenfahrt mit Bremsen Lastfall: Bordstein- Anrutsch-Test International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

37 Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe Eigenschaft biologischer Kraftträger Astanbindung FE-Modell Biologische Kraftträger versuchen immer in einen Zustand homogener Oberflächenspannung zu wachsen Biegung Biegung oder Sie vermeiden jede Art von Kerbspannung International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe Biegung Biegung International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

38 Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe Adaptive biologische Wachstumsregel Natur Bäume, Knochen Lagere Material an überbelasteten Stellen an Adaptive biologische Wachstumsregel Entferne Material an unterbelasteten Stellen Optimierte Form (homogene Oberflächen chen- spannung) International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

39 Spannungsverteilung Kreis Spannungsverteilung optimiert Formoptimierung CAO (Computer Aided Optimization) Biaxial belastete Lochplatte International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

40 Ergebnisse Forschungszentrum Karlsruhe Natur Bio-Engineering Bäume, Knochen Bauteil Adaptive biologische Wachstumsregel Simulation der Wachstumsregel von Knochen Optimierte Form (homogene Oberflächen chen- spannung) Optimiertes Bauteil (homogene Oberflächen chen- spannung) International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim FE-Modell Achsschenkel Spannungsverteilung Achsschenkel Lastfall: Kurvenfahrt mit Bremsen Optimiert Spannungsreduktion = 23% Lastfall: Bordstein- Anrutsch-Test Optimiert Spannungsreduktion = 32% International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

41 Formoptimierung CAO Soft Kill Option (SKO) Designraum F 1 F 2 (Computer Aided Optimization) Element i Topologieoptimierung E-Modul SKO (Soft Kill Option) E max massiv E min Loch x i Designvorschlag: Rauhe Oberfläche 'Verschmierte' Oberfläche International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim Ausgangsmodell eines Motorhalters Topologieoptimierung Spannungsverteilung Designraum Designvorschlag International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

42 Umsetzung Motorhalters des mit Designvorschlags optimiertem Querschnitt Gegenüberstellung der Produktentwicklungsprozesse Konventioneller Prozeß Verbesserter Prozeß Spannungsreduktion = 52% International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim Interpretations- Beispiele International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

43 Interpretations- Beispiele Verbesserter Designprozess International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim HA-Lenker Topologieoptimierung (SKO) TopShape Löcher Fachwerkstrukturen Hohlstrukturen Hinterschnitte Keine LöcherL TOSCA Benutzerdefinierte minimale Wandstärke t min Vorgeschriebene Entformungsrichtung (Wachstumsrichtung) OptiStruct TOSCA International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

44 Aluminium Achsschenkel Designraum Designvorschläge ge Topologie- optimierung (SKO) Entformungs- richtung TopShape International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim TopShape Umsetzung Designvorschlag Control Arm Front Axle FEM-Mesh Mesh of Design Space Design Space International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

45 Control Arm Front Axle Control Arm Front Axle Result of Topology optimization (SKO) Final Design Result of Topology optimization with cast constraints (TopShape) Final Design International Technical Development Center International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim Optimierung eines Motorhalters Designraum Geglätteter Designvorschlag d r International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

46 TopShape: Geglätteter Designvoschlag Enddesign Wachstumsregel Zusammenfassung CAO Formoptimierung Feinoptimierung, genaue Anpassung, Optimierung lokaler Schwachstellen SKO Topologieoptimierung Optimale Merkmale von Gussteilen TopShape Incl. Fertigungsrestriktionen für f r Gussteile nahe am Enddesign einfacher zu interpretieren neue alternative Designs International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim International Technical Development Center VP&S Optimization and Robust Engineering, Dr. Lothar Harzheim

47 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber für Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

48 Insekten: Ideengeber fuer Weltraumapplikationen Ideengeber Insekten Tobias Seidl Advanced Concepts Team (ESA/ESTEC) Tobias Seidl ACT/ESTEC Advanced Concepts Team Interner Think Tank Thematisch unabhängig und akademisch orientiert Verbindet Weltraum-ferne Forscher mit ESA Kurze, intensive Verweildauer Ideengeber Insekten Bionik Seit 5 Jahren Generelle Evaluierung Einige meiner Projekte Pflanzenwurzeln & Verankerung Spinnenfüsse & Trockenhaftung Insektenaugen & Autopilotierung Brain-Machine Interfaces (Menschen, Insekten) Neuronales System der Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Einführung Standard Navigation: Wo bin ich? Wo sind andere Orte im Verhältniss zu mir? Wie komme ich zu anderen Orten von hier? - Keine Pheromonspuren - Keine Futterquellen - Keine Rekrutierung Sahara Navigation im Tierreich: Wie komme ich zu meinem Ziel? Photo: D Andel Es ist: aktive Lokomotion in Bezug auf Referenzort Es ist nicht: Hindernissvermeidung, Körperstabilisierung, Kursstabilisierung, (Erkundung, Futtersuche) Cataglyphis fortis Photo: R Wehner Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Photo: R Wehner

49 Egozentrische Navigation - Keine externe Referenz - Wegintegration über Richtung Entfernung Steigung Feeder Source: R. Wehner Nest Cataglyphis fortis Photo: R Wehner Photo: M Knaden Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Photo: R Wehner Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Versetzungsexperiment Feeder Release (Virtual Feeder) Nest Virtual Nest Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Photo: R Wehner

50 Photo: R Wehner, et al. Photo: R Wehner Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Kompensation der Sonnenbewegung Feeder 2. Entfernungsmessung outbound Nest North operation inbound Azimuth Source: M Wittlinger, et al. Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC

51 Steigungsmessung COM Swing COM Feeder outbound inbound Nest Stance Tarsus Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Source: Wohlgemuth, et al. Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Back-up: Landmarken Mechanismen der Steigungsmessung Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Photo: T Merkle

52 Photo: R Wehner Snapshot-Modell Australia Melophorus bagoti Source: R Möller Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Photo: S. Sommer Individuelle Routen Source: Kohler, et al. Source: Wehner, et al. Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC

53 Motivationsgesteuertes Gedächtniss Lektionen Fehlerkompensation Robuste Analyse fehlerbehafteter und unvollständiger Daten Lernen: Gestalt vorprogrammierten und erworbenen Wissens Snapshot und Routenlernen: Datenreduktion und -analyse Vektornavigation und Landmarken: Information trägt Markierung bzgl. Verlässlichkeit Kognitives Modell: Echte Landkarte oder nur Prozeduren? Set weniger Verhaltensalgorithmen, trotzdem mission proof Computer: 0.1 mg Toleranz für Fehlerhafte Versuche: 0 Source: Wehner, et al. Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC Results, Figures and Photos: Rüdiger Wehner et al., U Zürich Markus Knaden, MPI Jena Matthias Wittlinger, Caltech Tobias Merkle, U Bonn Stefan Sommer, U Zürich Ralf Möller, U Bielefeld T. Collett, M. V. Srinivasan, F. Santschi, T. Seidl,... Ideengeber Insekten Tobias Seidl ACT/ESTEC

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55 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin V2Splus.at Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber für Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

56 architekturbionik projekte für die zukunft Petra Gruber Univ.Ass Dipl.Ing. Dr.techn. Abteilung für Hochbau Konstruktion Installation und Entwerfen HB2 Institut für Architektur und Entwerfen, TU Wien architekturbionik einführung lunar exploration architecture bionisch inspirierte architektur für eine mondbasis design team an der TU wien traditionelle architektur in nias, indonesien forschungsprojekt über die erdbebensicherheit traditioneller architektur bionispired facade design bionisch inspirierte fassadenelemente für ein hochhaus workshop an der abteilung hb2 architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber bionik - biomimetics Bionik als Wissenschaftsdisziplin befasst sich systematisch mit der technischen Umsetzung und Anwendung von Konstruktionen, Verfahren und Entwicklungsprinzipien biologischer Systeme. Dazu gehören auch Aspekte des Zusammenwirkens belebter und unbelebter Teile und Systeme. Lernen von der Natur für die Technik. natürliche konstruktionen - materie, verfahren, technologien - lebende systeme - von lebewesen gemachte konstruktionen - von menschenhand gemachte konstruktionen - konstruktionen die im weitesten sinn natürlich sind architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber

57 übertragungen masstab / ebene - oberfläche - oberfläche - material - funktionen - strukturen - konstruktionen - mechanismen - prinzipien - prozesse + änderung des masstabs + änderung des mediums + änderung der zeitlichen dimension - material - bauteil - strukturen - konstruktionen - häuser - siedlungsstrukturen - gebaute umwelt Department for Design and Building Construction The Institute of Architecture and Design Vienna University of Technology Karlsplatz 13/253-5 A-1040 Vienna, Austria contact: lunartech@hb2.tuwien.ac.at Centre for Biomimetics Composite Materials Engineering School of Construction Management and Engineering The University of Reading Whiteknights, Reading RG6 2AY, UK contact: lunartech@hb2.tuwien.ac.at Under the responsibility of: M.A. Perino, AAS-Italia G.M. Canaparo, AAS-Italia Lunar Exploration Architecture Deployable Structures for a Lunar Base architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber evolution and adaptation evolution and adaptation traditional architecture in nias, indonesia architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber

58 evolution and adaptation evolution and adaptation HAT BOX LEGS architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber cornwall workshop 2007 architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber

59 AKTIVIERUNG VON ARCHITEKTURELEMENTEN ERHÖHUNG DER ENERGIEEFFIZIENZ INTEGRATION VON FUNKTIONEN DIFFERENZIERUNG DER ELEMENTE ADAPTION AN DIE UMWELTBEDINGUNGEN architekturbionik / projekte für die zukunft Petra Gruber

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61 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber für Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

62 Bionik Anregung und Möglichkeiten für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Kplus ECHEM-Kompetenzzentrum für Angewandte Elektrochemie Wiener Neustadt und Fakultät für Chemie der Universität Wien Gerhard E. Nauer Innovation ist die Planung, Erzeugung und Durchsetzung neuer Produkte, neuer Produktionsqualität und neuer Produktionsverfahren, neuer Methoden für Organisation und Management sowie die Erschließung neuer Beschaffungs- und Absatzmärkte J.A.Schumpeter, Business Cycles, Bionik- Innovation Innovation ist die letzte legale Möglichkeit, sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen Kombination von bekannten Faktoren auf eine neue Art oder Durchführung neuer Kombinationen und ihre Durchsetzung Industrielle Mutation J.A.Schumpeter, Business Cycles, 1939 Beobachtungen der belebten Natur führen zu neuen Ideen und Innovationen Evolutionäre Entwicklungen der belebten Natur in mikro- und nanoskopischen Dimensionen führen zu innovativen Umsetzungen in der Technik systematisches Lernen von der Natur biologische Grundlagenforschung definiert Struktur und Organisationsprinzipien Übertragung in technische Anwendungen Knochenaufbau Fachwerkkonstruktion selbstreinigende pflanzliche Oberflächen Lotus-Effekt Bionik- Innovation Bionik- Innovation

63 Lotus - Effekt Selbstreinigung einer biologischen Oberfläche (Lotus-Pflanze, Nelumbo) von Wilhelm Barthlott in Bonn in den 70 er Jahren des 4854b.tif vorigen Jahrhunderts im Herbarium entdeckt 1990 hinsichtlich der physikalisch-chemischen Grundlagen als Lotus-Effekt beschrieben 1998 als Marke registriert Nelumbo nucifera (Lotus) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen, M.Nosonovsky, B.Bhushan, Bionik- Innovation Bionik- Innovation Lotuseffekt (Wassertropfen auf Blatt der Kapuzinerkresse) Physikalisch-chemische Aspekte Wechselwirkungen zwischen Festkörpern und ihrer Umgebung laufen fast ausschließlich über ihre Grenzschichten ab biologische Oberflächen sind in den Millionen Jahren der Evolution entstandene, optimierte, multifunktionale Systeme mechanische Stabilität Thermoregulation Kontrolle des Stoffaustauschs (Wasserverlust, Gaswechsel) Wasser/Luft Festkörper/Wasser Festkörper/Luft Bionik- Innovation Bionik- Innovation

64 Struktur eines Glasschwamms (P. Fratzl) Physikalisch-chemische Aspekte Benetzung eines Stoffes mit Wasser (Luft als umgebendem Medium) hängt ab vom Verhältnis der Grenzflächenspannungen Wasser/Luft Festkörper/Wasser Festkörper/Luft geringe Adhäsionskräfte zwischen den Molekülen der Flüssigkeit und der Oberfläche Kohäsionskräfte innerhalb der Flüssigkeit überwiegen keine Benetzung Superhydrophobie Bionik- Innovation Bionik- Innovation Unbehandelte und hydrophobierte Glasoberfläche Oberflächen einer Al-Legierung (2024) mit unterschiedlicher Rauheit Kontaktwinkelmessung (Z.Guo et al 2006) a) Ra 1,5 µm, b) Ra 0.5 µm Bionik- Innovation Bionik- Innovation

65 Al-Legierung (2024, 5,5% Cu), Ra 0.05 µm Kontaktwinkel zu Wasser 36 (Z.Guo et al. 2006) B.Bhushan et al., Bionik- Innovation Bionik- Innovation Mikrostrukturierte GaAs Oberfläche (Multi- Ionenstrahlgeätzt) Mikrostrukturierte GaAs-Oberfläche IMS Wien, PMLPD (Projection Mask Less Patterning Device) IMS, projection mask less patterning, multi ion beam treatment Bionik- Innovation Bionik- Innovation

66 Oberflächen von Implantatmaterialien (Ti, Ti-Legierungen) Chemisch geätzte Oberfläche von Ti-Dentalimplantat (HCl-H 2 SO 4, 100 C, Straumann AG, CH) Biokompatibilität Anwachsen des umgebenden Knochenmaterials (Hydroxy)apatitbildung Wechselwirkung zwischen Ti/TiO 2 und Knochengewebe Korrosionsstabilität Bionik- Innovation Bionik- Innovation Titan (plasmagespritzt) auf Oberfläche von Ti- Dentalimplantat (Cam Implants BV, NL) Hydroxyapatit (plasmagespritzt) auf Oberfläche von Ti- Dentalimplantat (Cam Implants BV, NL) Bionik- Innovation Bionik- Innovation

67 Biomimetische Kalziumphosphat Schicht auf Ti- Dentalimplantat (1.Schritt: Alkalische Vorbehandlung; 2.Schritt: Heterogene Keimbildung, Ausbildung von nanoskaligen Clustern) Biomimetischer Ansatz zur Optimierung von Implantatoberflächen ZTA (ZrO 2 -Al 2 O 3 ) J.Pierri et al. (2006) Vor Behandlung in SBF Apatit Bildung Bionik- Innovation Bionik- Innovation Apatit-Wachstum auf TiO 2 - Nanotubes (anodische Oxidation in 1 M H 2 SO 4 ) nach 5h und 5 Tagen in SBF (J.Kunze et al, EA 2008) Superhydrophobe hierarchische CuO-Mikrostruktur auf Cu (J.Liu et al., 2008), KW > 118 a, c: getempert, 450 C, 3h, Luft) b, d: nicht getempert e: kompakte TiO 2 Schicht, getempert f: TiO 2 Schicht nicht getempert Bionik- Innovation Bionik- Innovation

68 Oberflächenmorphologie einer cbn-tin-komposit- Beschichtung (Anwendung: tribologisch hoch belastete Oberflächen, selbstschmierend) (J.-H. Wu, 2006) Oberflächenstrukturierung einer Chrom- Schicht Definierte Chrompartikel auf Chromsubstrat aus Cr(III)-Elektrolyt Bionik- Innovation Bionik- Innovation Tröpfchenbildung auf definiert strukturierter Edelstahloberfläche...andere Anwendungen... Riblet-Folien definierte Anordnung von Strömungsrillen für Verringerung des Strömungswiderstandes Reifenhaftung Kraftverteilung des Reifens auf der Fahrbahn beim Bremsen Optimierung der Laufflächenmischung/ zwei Netzwerke: flexibles für Verzahnung/rigides für Reifenstabilität Klebeverbindungen Optimierung der Oberflächenstruktur über definierte Oxidationsprozesse ESEM-Abbildung, 20 kv, Rückstreuelektronen Bionik- Innovation Bionik- Innovation

69 Adhäsion Kontaktelemente Fliege Adhäsion Kontaktelemente Gecko Contact-splitting: many small spherical contacts produce a higher adhesion force than one contact with equal apparent contact area (by n ½, n=r²/r² ). (REM Aufnahmen: S.Gorb, MPI für Metallforschung, D) Bionik- Innovation E.Arzt, Mat. Sci. Eng. C 26 (2006), Klebeverbindungen... Bionik- Innovation Bionik- Innovation Klebeverbindungen... Bionik- Innovation

70 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer anodisierten Al-Oberfläche mit definierter nanoskaliger Porosität und mikroskaliger Oberflächenstrukturierung Strategie für Erfolg... Mach einfache Dinge einfach und schwierige möglich! Tim Brown, Ideo Product Development, Palo Alto Just do it Phil Night, Nike Bionik- Innovation Bionik- Innovation Danksagung Vision für für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des Kplus Programms durch FFG und Land Niederösterreich...möglichst viele best of innovative products biologically inspired Bionik- Innovation

71 Fachvorträge Bionische Ansätze im Innovationsmanagement Dr. Rudolf Bannasch, Forschungsgemeinschaft Bionik-Kompetenz-Netz e.v. BIOKON, Berlin V2Splus.at Management - Bionik Was Manager von der Natur lernen können! Dr. Karl-Heinz Oeller, Management Kybernetik & Bionik Malik Management Zentrum St. Gallen, Schweiz Optimierung von Bauteilen mit der Wachstumsregel von Bäumen und Knochen Dr. Lothar Harzheim, Internationales Technisches Entwicklungszentrum Adam Opel AG, Rüsselsheim, Deutschland Insekten: Ideengeber für Weltraumapplikationen Dr. Tobias Seidl, Advanced Concepts Team, European Space Agency, Niederlande Architekturbionik - Projekte für die Zukunft Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Petra Gruber, Technische Universität Wien Institut für Architektur und Entwerfen Bionik - eine Richtschnur für innovative Entwicklungen in der Oberflächentechnologie Ass.-Prof. Dr. Gerhard Nauer, ECHEM Kompetenzzentrum für angewandte Elektrochemie GmbH Wiener Neustadt, und Fakultät für Chemie, Universität Wien Compliant Robotics, ein bionischer Ansatz Dipl.-Ing. Dr. Ronald Naderer, MBA, FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH, Linz Ökopark Hartberg, der Gewerbe- Forschungs und Erlebnispark mit bionischen Zielsetzungen Dipl.-Ing. Reinhard Fink, Stadtwerke Hartberg Verein Bionik Austria e.v. Dipl.-Ing. Clemens Schinagl, Institut für Angewandte Statistik und Systemanalyse, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbh

72 Contens Compliant Robot Technology GmbH Compliant Robot Technology GmbH Robots under Pressure Company Business Model Compliant Robotics a Bionic i Approach April 2008 Applications Products Bionic Approach Ronald Naderer 2 About Us Compliant Robot Technology GmbH Motivation Market Gap Compliant Robot Technology GmbH FerRobotics Compliant Robot Technology GmbH Founded in June 2006 in Linz: Spin-Off of the Johannes Kepler University Linz; Mechatronics Founders: DI Dr. Paolo Ferrara DI Dr. Ronald Naderer, MBA Repeated inquiries at the robot experts in the University Linz concerning: gently performing devices Institute for Robotics (Prof. Bremer) Institute of Computer-Aided Methods in Mechanical Engineering (Prof. Zeman) Intention: To develop and sell lightweight robots 15 Staff members with easy handling Ronald Naderer 3 Ronald Naderer 4

73 Hybrid Concept Compliant Robot Technology GmbH Business Model Compliant Robot Technology GmbH Hybrid Drive System Pneumatic-Drive (Fluidic Muscle) (7 bar) Electric-Drive (Powercube) (220 V) own products Technology: Magic Muscle Control strategic partnerships Magic Muscle Control Characteristics of a strategic partnerhip: Partner is the leader in a specific market segment This specific market segment can t be entered by FerRobotics (considerable key forces) Solution provides a high multiple effect Strategic partner uses our technology for his own vertical or horizontal portfolio integration Ronald Naderer 5 Ronald Naderer 6 Existing Applications Compliant Robot Technology GmbH The New Generation Compliant Robot Technology GmbH Industry Profile Stacking Robot (Company SPG) Loading Robot (Company Peneder) Safe drive system (Company Z). Technology: Magic Muscle Control Medical Engineering Wheelchair- Assistance robot (Company X) Care Robot (Company Y). Lightweight Arm +safe + lightweight + environment friendly + reasonable price Traditional Robots: - dangerous - komplex - local use only -costy 3D-Vibration Board Ronald Naderer 7 Ronald Naderer 8

74 Products Compliant Robot Technology GmbH ROMO Compliant Robot Compliant Robot Technology GmbH Leightweight Robot Arm 3D/6D Motion Board Leightweight Robot Arm Ronald Naderer 9 Ronald Naderer 10 User Concept Compliant Robot Technology GmbH Bionic Approach Compliant Robot Technology GmbH Industry equipped with Intuitive programming numberless applications Bionics is the application of biological methods and systems found in nature to the study and design of engineering systems and modern technology. (source:wikipedia) Mechanical Engineering: locomotor system Bionics i in System: Compliance, Feeling Software brain nervous system for low lot size Source: Source: Source: Ronald Naderer 11 Ronald Naderer 12