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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
 
Erstellungsjahr 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Forschungsprogramm konzentrierte sich auf Entwurfs- und Konstruktionsprinzipien in der Biologie und auf deren Übertragung in Architektur und Bautechnik. Eine der Schlüsselfragen des TRR 141 lautete: Unter welchen Bedingungen führt die Bionik zu erfolgreichen Ergebnissen und neuen Erkenntnissen für die Technik und für die Biologie? Dazu wurde eine Vielzahl von sehr unterschiedlichen biologischen Vorbildern für die Untersuchung und für den Vergleich des biomimetischen Transferprozesses und für die Anwendung von reverser Bionik gewählt. Die Rollenmodelle unterschieden sich nicht nur im Maßstab von Nano bis Makro und in der Materialität von porös bis faserbasiert, sondern auch in den untersuchten Funktionen von der Tragfähigkeit bis zur Bewegung oder zum Medientransport. Einige Vorbilder folgten klassischen Beispielen der Bionik Forschung (das Exoskelett des Seeigel), während andere neue Fragestellungen aufgriffen (nachgiebige Mechanismen, die auf Pflanzenbewegungen basieren, oder die Entwicklung neuartiger adaptiver Tragwerke, die auf molekularen Stützstrukturen in Moosplastiden basieren). Um das gesamte Spektrum der möglichen bionischen Prozesse abzudecken, wurden Projekte einbezogen, die zunächst durch eine technologische Frage motiviert waren (Top-Down-Ansatz oder Technology Pull-Ansatz in der Bionik) und andere, die hauptsächlich durch die biologische Forschung initiiert wurden ("Bottom-Up-Ansatz" oder "Biology Push-Ansatz" in der Bionik). Basierend auf diesem Konzept wurden ausgewählte biologische Rollenmodelle ausgewählt, quantitativ analysiert und numerisch simuliert: Multifunktionalität in porösen Materialien. Zur Dämpfung: Seeigelstacheln, Fruchtwand der Kokosnuss und Baumrinde des Riesenmammutbaum; zum Transport von Wärme und Masse: Equisetum hyemale und sempervirens Blätter. - Anpassungsfähigkeit in faserbasierten Systemen: Gerbera juminosi und andere. Für adaptive Steifigkeit; Aldrovanda vesiculosa und andere für Pflanzenbewegungen; Physomitrella patens FtsZ für Adaptivität im Nanobereich. - Lastangepasste Anisotropie: Verzweigung in Schefflera arboricola. - Selbstbildung von mineralischen Schalenstrukturen: segmentiertes Skelett der Sanddollar- und Periostracumbildung verschiedener Muscheln. Parallel dazu wurden biomimetische Methoden entwickelt und anhand der Untersuchung der oben ge-nannten biologischen Vorbilder bewertet. Dabei werden Aspekte wie Skalierung, Simulation, Optimierung und Fertigung behandelt. Im TRR141 trafen sich Wissenschaftler mit sehr unterschiedlichem Hintergrund. Eine effektive Kommunikation und der erfolgreiche Austausch von Wissen zwischen den verschiedenen Wissenschaftskulturen waren von entscheidender Bedeutung. Um die Kommunikation zwischen den Disziplinen zu erleichtern wurde ein Glossar mit Grundbegriffen der Architektur-Bionik entwickelt, Die wesentliche Motivation für die biomimetische Forschung und das gemeinsame Ziel aller am TRR 141 Beteiligten war, einen Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung zu leisten. Daher wurde eine bio-inspirierte Nachhaltigkeits-Bewertungsmethode (BiSA) entwickelt, die einen besonderen Fokus auf das Verhältnis von ökologischen, sozialen und wirtschaftlichen Nutzen und entsprechenden Belastungen legt. Die Entwicklung eines konsistenten, bio-inspirierten Nachhaltigkeitskonzeptes für den Bausektor wurde durch die Bewertung mehrerer A-Projekte evaluiert und optimiert. Die vielversprechendsten Vorbilder für den technischen Transfer wurden identifiziert und in großen Demonstratoren realisiert und bewertet, die von Oktober 2017 bis Mai 2018 im Staatlichen Museum für Naturkunde, Rosenstein, in der Ausstellung "Baubionik - Biologie beflügelt Architektur" ausgestellt wurden. Zur Ausstellung erschien ein Katalog, der später in einer erweiterten und überarbeiten Version als Buch mit dem Titel “Bionisch Bauen – Lernen von der Natur” im Birkhäuser Verlag erschienen ist. Dieses Buch kann als Abschlußbericht der erstern Förderperiode des TRR141 betrachtet werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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