Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSBiologische Filtrationsmechanismen: Erforschung der Vielfalt der Natur für bioinspiriertes Design
Motivation
Die Nutzung biologisch inspirierter Mechanismen zur Lösung technologischer Probleme kann helfen, viele Herausforderungen unserer Zeit zu bewältigen. Die Übertragung biologischer Mechanismen in konkrete Anwendungen für Verbraucher oder Industrie ist jedoch eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Um die erforderlichen Übergangsprozesse voranzutreiben, fördert die Europäische Kommission ein einzigartiges PhD-Trainingsprogramm zum Thema Bioinspiration. In Rahmen des Programms werden neun künftige Fachleute als Doktoranden in einem multidisziplinären, europäischen Konsortium ausgebildet, das über einen fundierten Wissnesstand und einen guten Ruf in den Bereichen Bioinspiration, Biologie, Designprozesse und additive Fertigung verfügt.
Der Biomechanismus, der als Trainingsbeispiel gewählt wurde, sind Filter von Filtrierern wie Enten, Schaufelfischen oder Walhaien. Technische Äquivalente solcher Filter wären hocheffiziente, durchsatzstarke, verschmutzungsfreie Filtersysteme, um beispielsweise Mikroplastik und Wasser zu trennen. Das Ergebnis des Projekts ist jedoch nicht auf ein technisches System beschränkt, sondern soll vielmehr zu einem tieferen Verständnis des Bioinspirationsprozesses als Methode führen, die sich auf andere Anwendungen übertragen lässt.
Beitrag des Fraunhofer IWS
Das Fraunhofer IWS stellt dem Konsortium seine Expertise in der additiven Fertigung von Metallen zur Verfügung und wird einen der Doktoranden aufnehmen. Die Gestaltungsfreiheit der additiven Fertigung korrespondiert gut mit der Komplexität der biologischen Inspirationsquelle. Gerade beim Übergang zu industriellen Systemen ist der Einsatz von metallischen Werkstoffen sehr wahrscheinlich, da z.B. die in den Filtersystemen verwendeten Polymere für den Langzeiteinsatz oft nicht haltbar genug sind.
Ein weiterer Aspekt ist die Erforschung der Multimaterialfertigung, um z.B. harte und weiche Komponenten biologischer Systeme oder auch aktive Komponenten zur Nachahmung von Muskelbewegungen nachzubilden. In Zusammenarbeit mit den Partnern wird das Fraunhofer IWS auch die Nachhaltigkeit der verwendeten Werkstoffe und Anwendungen sowie die Übertragbarkeit des Bioinspirationsprozesses auf industrielle Anwendungen untersuchen.
