Bionik: Wie Echsen trinken

Die texanische Krötenechse (im Bild) und der australische Dornteufel sind in extremer Trockenheit zuhause. Um in ihrer Heimat zu überleben, nutzen sie einen besonderen Trick: Mit ihrer Schuppenstruktur können sie kleinste Wassermengen aus der Umgebung sammeln und ihre Haut damit benetzen. Feine Kapillare in ihrer Oberfläche transportieren das Nass zum Maul.

Genau diese Echsenhaut-Eigenschaften auf technische Bauteile zu übertragen und damit die Benetzung mit Schmierstoffen und anderen Fluiden zu verbessern, ist Ziel des vom BMBF geförderten Forschungsprojekts „Biolas.exe“ des Instituts für Biologie II der RWTH Aachen im Forschungsgebiet Zelluläre Neurobionik und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT ebenfalls in Aachen.

Das Projekt ist eine Kooperation zwischen Biologen und Produktionstechnikern. Die Partner wollen in den kommenden drei Jahren die Schuppenstrukturen der Echsen untersuchen und diese mit dem Verfahren des Laserstrahlstrukturierens auf Bauteile übertragen. Zum Beispiel Stahl oder Messing soll mit bionischen Oberflächen versehen Lager, Wellen oder Dichtungsringe dazu bringen, Flüssigkeiten wie Öle, Schmierstoffe oder Kühlmittel besser aufzunehmen und zu verteilen, um den Verschleiß von Pumpen und Motoren zu verringern.

Aufgabe der Biologen ist, die Strukturen und Kapillare der Echsenhaut zu untersuchen und geeignete Gestaltungsmuster für den Einsatz in technischen Systemen zu ermitteln. Die bionischen Strukturen flexibel und präzise in verschiedene Werkstoffe einzubringen, ist die Aufgabe der Produktionstechniker. Hier setzen die Fraunhofer-Forscher auf das Verfahren des Laserstrahlstrukturierens. Ein Laser trägt gezielt Werkstoff von der Bauteiloberfläche ab und kann selbst komplex geformte Oberflächen mit nahezu beliebigen Strukturen versehen. Je nach Muster lässt sich so die Benetzungsfähigkeit der Oberflächen gezielt einstellen.

Software für Strukturen auf Freiformflächen

Eine besondere Herausforderung sehen die Forscher darin, die winzigen bionischen Strukturen auf die komplex geformten Bauteiloberflächen zu übertragen: Größe, Geometrie sowie Nano- und Mikrotopografien sind exakt einzuhalten, um die gewünschte Funktion sicherzustellen. Die Projektpartner setzen auf eine selbst entwickelte Software, die Strukturen digital auf die frei geformten Oberflächen überträgt und das Benetzungsverhalten auf dem Bauteil simuliert. Ziel ist, die dass Struktur sich eigenständig und „intelligent“ über die komplette Oberfläche des Bauteilmodells ausbreitet. Die Forscher wollen durch Biologen geprüfte und von Produktionstechnikern erprobe Strukturen in einem Katalog gesammelt in die Software integrieren.

Potenzial für die Industrie

Ausgewählte Anwendungen sollen die Marktfähigkeit des Verfahrens und sein Potenzial für industrielle Anwendungen nachweisen. Fundierte Kosten-Nutzen-Betrachtungen mit Blick auf konkrete Produkte sollen sicherstellen, dass das Verfahren bis zur Marktreife geführt werden kann.

Das Forschungsprojekt „Biolas.exe“ startet im November 2012. Es wird für eine Laufzeit von drei Jahren vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im VIP-Programm (Validierung des Innovationspotentials wissenschaftlicher Forschung) gefördert und durch die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH, Berlin, als Projektträger betreut.

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