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TRR 141:  Entwurfs- und Konstruktionsprinzipien in Biologie und Architektur. Analyse, Simulation und Umsetzung

Fachliche Zuordnung Bauwesen und Architektur
Biologie
Chemie
Geisteswissenschaften
Geowissenschaften
Informatik, System- und Elektrotechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Förderung Förderung von 2014 bis 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231064407
 
Das Forschungsprogramm beschäftigt sich mit Funktionsprinzipien der Biologie und ihrem Transfer in Architektur und Baukonstruktion. Biologische Strukturen passen sich im Verlauf der Evolution an sich ständig verändernde Umweltbedingungen an. Dabei ist der effiziente Umgang mit Ressourcen vorteilhaft. Dies führt zu Strukturen, die aus einer begrenzten Anzahl von chemischen Elementen und elementaren molekularen Bausteinen bestehen, die als Teil eines geschlossenen Kreislaufs unmittelbar verfügbar sind. Durch Selbstorganisation bilden sich hochgradig ausdifferenzierte Strukturen, die vielfältig vernetzte Funktionen aufweisen und zum Teil auch widersprüchliche Anforderungen erfüllen. In diesem Sinne unterscheiden sich biologische Strukturen grundsätzlich von den meisten Baukonstruktionen. Letztere bestehen aus einzelnen Bauteilen und einer Vielzahl an unterschiedlichen Werkstoffen. Die Bauteile sind unabhängig voneinander für wenige Anforderungen ausgelegt. Das Grundprinzip der Baukonstruktion war für lange Zeit die Verwendung möglichst vieler identischer Bauteile, die auf möglichst einfache Weise gefügt werden. Dies hat sich in den letzten Jahren durch die Einführung computerbasierter Fertigungsprozesse grundlegend geändert. Diese ermöglichen nicht nur die geometrische Variation von Bauteilen, sondern auch die Herstellung poröser und faserbasierter Werkstoffe mit lokal angepassten Eigenschaften. Außerdem haben sich die Simulationswissenschaften in den letzten Jahren vertieft mit hierarchisch strukturierten Materialsystemen beschäftigt. Diese Fortschritte eröffnen neue Möglichkeiten für die Analyse biologischer Strukturen und für den Transfer ihrer Funktionsprinzipien in Architektur und Bauwesen sowie anderen Feldern der Technologie. Der TRR ist als Dialog zwischen den Disziplinen konzipiert. Die Morphologie der biologischen Systems wird in ein Modell überführt, das bestimmte Funktionen abbildet. Dieses Modell ist Ausgangspunkt für die technische Umsetzung. Die Ergebnisse dieses Prozesses stoßen dann weitere biologische Untersuchungen an. Die Kernfragen des Forschungsprogrammes sind: 1. Wie kann die Funktionsmorphologie von hierarchisch strukturierten, multifunktionalen und anpassungsfähigen natürlichen Strukturen modelliert und simuliert werden. 2. Wie können die Funktionsprinzipien biologischer Strukturen mittels computerbasierter Fertigungsverfahren in den Maßstab der Baukonstruktion übertragen werden. 3. Unter welchen Bedingungen führt dieser bionische Transfer zu Baukonstruktionen, die nicht nur die funktionalen, sondern auch die ökologischen Eigenschaften der biologischen Ideengeber aufweist. Der Fokus der ersten Förderperiode lag auf hierarchisch strukturierten Materialsystemen und anpassungsfähigen biologischen Strukturen. Diese Themen werden in der zweiten Förderperiode vertieft. Als weiterer Schwerpunkt kommen multi-funktionale Materialsysteme und ihre Übertragung in bio-inspirierte Bauteile hinzu.
DFG-Verfahren Transregios

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Universität Stuttgart
 
 

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