Vortrag zum Promotionskolloquium

1. Methoden und Werkzeuge
für den Wissenstransfer in der Bionik
Vortrag zum Promotionskolloquium von
Dipl.­Ing. André Jordan
... ?
Promotionskolloquium :: Dipl.­Ing. André Jordan :: 28. April 2008 1

2. Bionik – Was ist das?
Biologie + Technik => Bionik
AquaJelly [ Festo ]
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3. Inhalt

Bionik im Überblick
» theoretische Betrachtungen & Beobachtungen aus der Praxis

Analogiebildung
» Grundvoraussetzung für das bionische Arbeiten

Kommunikation
» zwischen Biologen und Ingenieuren

Werkzeuge
» die das bionische Arbeiten unterstützen

Zusammenfassung
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4. Definition
„Bionik als Wissenschaftsdisziplin befaßt sich systematisch
mit der technischen Umsetzung und Anwendung
von Konstruktionen, Verfahren und Entwicklungsprinzipien
biologischer Systeme.“
[ Verein Deutscher Ingenieure, 1993 ]
„Lernen von der Natur für die Technik“
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5. Bionische Entwicklungen
selbstreinigende Oberflächen
nach dem Vorbild
der Lotus­Pflanze
Hydrostatische Druckanzüge
zur Kompensation von G­Kräften
nach dem Vorbild
der Libelle
InnovaBeispiele
tive Lösunge
n
mikrostrukturierte Oberflächen
zur Reibungsreduktion
nach dem Vorbild
der Haifischhaut
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6. Entstehung bionischer Lösungen
Querbeziehungen
Welt Welt
der der
Natur Technik
e
gi
lo
Bio
Teilsystem Problem
e
ch
nis
ch
Te
Verstandenes
Bearbeitung
Teilsystem
Bionik
Bionisch
beeinflusste
technische
technische
Lösung
Lösung
[ Nachtigall ]
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7. Analogiebildung
Antizipation
Problem
Analogiebildung
Funktions­
Bio. analogie Tech.
Lösung Lösung
Realisierung
[ Hill ]
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8. Bionik in der Praxis
„unbeabsichtigtes Name „Libelle“
Nebenprodukt“ von Idee zum Produkt
ca. 15 Jahre wegen der
Anatomischer Aufbau Flugeigenschaften
wurde nicht untersucht
Seit 100 Jahren
Hinweise
im Schrifttum Analogie zum
„Kind im Mutterleib“
Bionik­Projekte
Flugzeugfolien:
Schwimmanzüge:
viel versprechenden
Technische Wirksamkeit
Testergebnisse aber
nicht nachgewiesen
kein serienmäßiger
Einsatz
Komplexe Struktur:
Vereinfachungen erforderlich
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9. Bionisches Arbeiten ­ Herausforderungen
Vergleichbarkeit
Kommunikation
Abstraktion
Analogiebildung Wissenstransfer
Komplexe Zusammenhänge
von Struktur, Funktion und Fachliche Isolation
Material Persönliches Interesse /
Engagement
„Nebeninnovationen“
„Gradwanderung Innovation“
Bionisches
Arbeiten
Technische Realisierung Zeitfenster Innovationstiefe
Werkstoffe
Ungleiche Rahmenbedingungen
von Grundlagenforschung und
Fertigungsverfahren
Produktentwicklung
Forschungsziel
Zeitrahmen
Finanzierung
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10. Analogiemodell für das bionische Arbeiten

Ziel: ein ganzheitliches Analogiebild aufbauen

Weg: Analogiebildung als iterativen mapping­Prozess gestalten
Funktion
Verhalten
Mikrostruktur
Makrostruktur
Material
Geruch
Bio. Oberflächenstruktur Techn.
System System
Entstehung Recycling
Farbe
Struktur
Gestalt
Prinzip
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11. Vorgehensweise

Aspekte identifizieren und zusammentragen
Bio. Tech.
System System
Ergänzen
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12. Vorgehensweise

Aspekte identifizieren und zusammentragen Bio. Tech.
System System
Ergänzen

Zusammenhänge und Wechselwirkungen ermitteln
Bio. Tech.
System System
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13. Vorgehensweise

Aspekte identifizieren und zusammentragen Bio. Tech.
System System
Ergänzen

Zusammenhänge und Wechselwirkungen ermitteln
Bio. Tech.
System System

Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausstellen
Bio. Tech.
System System
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14. Vorgehensweise

Aspekte identifizieren und zusammentragen Bio. Tech.
System System
Ergänzen

Zusammenhänge und Wechselwirkungen ermitteln
Bio. Tech.
System System

Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausstellen
Bio. Tech.
System System
Bio. Tech.
System System
Ziel: Tragweite und Grenzen der Analogie erkennen
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15. Kommunikationsmodell

Problem: „Ungleichgewicht des Wissens“ (Expertenwissen der Biologie und der
Technik notwendig)
B ­ Biologe
B T T ­ Techniker / Ingenieur
BS ­ Biologisches System
TS ­ Technisches System
M ­ Analogiemodell
BS M TS
Individuelle Ebene Gruppenebene organisatorische Ebene
Kommunikation zwischen Kommunikation zwischen keine Interaktion zwischen
„innerer Experten“, Experten und Laien, Sender und Empfänger,
„Bionik­Dilettanten“, bionisches Arbeiten, Recherche, Selbststudium,
Universalgenies persönlicher Kontakt unpersönlich,
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16. Werkzeuge für das bionische Arbeiten

Katalog biologischer Konstruktionen
[ Hill ]
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17. Werkzeuge für das bionische Arbeiten

Katalog biologischer Konstruktionen

Grundprinzipien natürlicher Systeme
Grundprinzipien natürlicher Grundprinzipien der Evolution Biokybernetische Grundregeln
Konstruktionen
Integrierte statt additiver Konstruktion Modularität Negative Rückkopplung
Optimierung des Ganzen statt Opportunismus/Funktionswandel Funktionsunabhängigkeit von qantitativen
Maximierung eines Einzelelements Wachstum
Multifunktionalität statt Monofunktionaliät
Multifunktionalität statt Monofunktionalität Zukunftsblindheit Funktionsunabhängikeit vom Produkt
Feinabstimmung gegenüber der Umwelt Spezialisierung/Arbeitsteilung Jui­Jitsu­Prinzip
Das Jui-Jitsu-Prinzip
Energieeinsparung statt Multifunktionalität/Optimumkompromisse Mehrfachnutzung
Energieverschleuderung
Direkte und indirekte Nutzung der Dynamik Wiederverwertung
Sonnenenergie
Zeitliche Limitierung statt unnötiger Selbstorganisation/Selbstanpassung Symbiose
Haltbarkeit Selbstorganisation/Selbstanpassung
Totale Recyclierung statt Abfallanhäufung Sterben/Aussterben Prinzipielle Befolgung eines biologischen
Grunddesigns
Vernetzung statt Linearität
Entwicklung im Versuch-Irrtums-Prozess
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18. Werkzeuge für das bionische Arbeiten

Katalog biologischer Konstruktionen
Grundprinzipien natürlicher Systeme
Grundprinzipien natürlicher Grundprinzipien der Evolution Biokybernetische Grundregeln
 Konstruktionen
Integrierte statt additiver Konstruktion Modularität Negative Rückkopplung
Optimierung des Ganzen statt Opportunismus/Funktionswandel Funktionsunabhängigkeit von qantitativen
Maximierung eines Einzelelements Wachstum
Multifunktionalität statt Monofunktionalität Zukunftsblindheit Funktionsunabhängikeit vom Produkt
Feinabstimmung gegenüber der Umwelt Spezialisierung/Arbeitsteilung Das Jui-Jitsu-Prinzip
Energieeinsparung statt Multifunktionalität/Optimumkompromisse Mehrfachnutzung
Energieverschleuderung
Direkte und indirekte Nutzung der Dynamik Wiederverwertung
Sonnenenergie
Zeitliche Limitierung statt unnötiger Selbstorganisation/Selbstanpassung Symbiose
Haltbarkeit
Totale Recyclierung statt Abfallanhäufung Sterben/Aussterben Prinzipielle Befolgung eines biologischen
Grunddesigns
Vernetzung statt Linearität
Entwicklung im Versuch-Irrtums-Prozess

Konstruktionsregeln
» „In Seilen denken“
» „Prinzip des verrammelten Notausgangs“
[ Mattheck ]
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19. Werkzeuge für das bionische Arbeiten

Katalog biologischer Konstruktionen
Grundprinzipien natürlicher Systeme
Grundprinzipien natürlicher Grundprinzipien der Evolution Biokybernetische Grundregeln
 Konstruktionen
Integrierte statt additiver Konstruktion Modularität Negative Rückkopplung
Optimierung des Ganzen statt Opportunismus/Funktionswandel Funktionsunabhängigkeit von qantitativen
Maximierung eines Einzelelements Wachstum
Multifunktionalität statt Monofunktionalität Zukunftsblindheit Funktionsunabhängikeit vom Produkt
Feinabstimmung gegenüber der Umwelt Spezialisierung/Arbeitsteilung Das Jui-Jitsu-Prinzip
Energieeinsparung statt Multifunktionalität/Optimumkompromisse Mehrfachnutzung
Energieverschleuderung
Direkte und indirekte Nutzung der Dynamik Wiederverwertung
Sonnenenergie
Zeitliche Limitierung statt unnötiger Selbstorganisation/Selbstanpassung Symbiose
Haltbarkeit
Totale Recyclierung statt Abfallanhäufung Sterben/Aussterben Prinzipielle Befolgung eines biologischen
Grunddesigns
Vernetzung statt Linearität
Entwicklung im Versuch-Irrtums-Prozess

Konstruktionsregeln
Ziel: Insellösungen zusammenführen und Synergieeffekte nutzen
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20. Unterstützungssystem für Bionik
Anwender = Autoren Server­Client­Konstellation
dezentrale Keine spezielle
Datenpflege Anwender­Software
Ziel: Aufbau eines bionischen
Wissensspeichers Leichte Zugänglichkeit
Internet als Plattform
unterschiedliche
Darstellungsebenen
Einfache Handhabung
Anforderungen
Administration
Intuitiv bedienbar
Problembezogene
Darstellung des Wissens Datenpflege &
Wissensverwaltung
Verständliche Aufbereitung
Vernetzung
des Wissens
Beispiele
ohne Fachsprache
anschauliche Darstellungen
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21. Unterstützungssystem für Bionik
können online Bsp: HTML­Syntax
geändert werden <a href=themen.html>Themen</a>
Bsp: Wikipedia
Bsp: WIKI­Syntax
[[Themen]]
Sammlung von
Einfache Syntax für
Internetseiten
Seitenformatierung
Schnell erlernbar
Projektmanagement
Dokumentation
CMS vielfältige Navigationsfunktion
Wiki
Einsatzmöglichkeiten
Suchfunktion
Präsentation
Semantik maschinelle Auswertung
möglich
Ontologie
Speicherung von Metadaten
Bsp: Attribute & Relationen
Kommentierte Relationen
[[Basiert auf Prinzip::Dynamisierung]]
Bsp: Klassen/Kategorien
[[Kategorie:Analogieaspekt]]
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22. Vom Analogiemodell zum Unterstützungssystem
Bio. Tech.
System System
hat relevant für
Vorbildobjekt Analogieaspekt Umsetzungsbeispiel
relevant für hat
Beispiel: Beispiel:
Beispiel: Wärmeisolation, Transparente
Fell des Eisbären Lichtleitung, Absorption Wärmedämmung
Beschreibungsebene Erklärungsebene Beispielebene
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23. Unterklassen von Analogieaspekt
Funktionskategorie Anmutung
Hat Unterklasse Hat Unterklasse
Grundfunktion Makrostruktur
Hat Unterklasse Hat Unterklasse
Grundprinzip Mikrostruktur
Hat Unterklasse Hat Unterklasse
Analogieaspekt
Hat Unterklasse Hat Unterklasse
Gesetzmäßigkeit Entstehungsprozess
Hat Unterklasse Hat Unterklasse
Technischer
Entsorgungsprozess
Widerspruch
Hat Unterklasse Hat Unterklasse
Verhalten ...
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24. Auszug aus der Ontologie
Vorbildobjekt
Publiziert in
Erforscht von
Publikation Publiziert in Analogieaspekt Organisation
Produziert von
Hat Publiziert in Hat
Hat Umsetzungsbeispiel Hat
Hat Hat
Jahr Hat ...
Autor
Hat Name
Homepage
Titel
Telefon
...
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25. Prototypische Umsetzung
Navigation
Ontologie
backlinks
Recherche
factbox
Semantische
Suche
Suche Kategorie
Werkzeuge
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26. Zusammenfassung
Willst du Produkte gut und neu Bei dem Analogisieren
hab' vor Bionik keine Scheu. denk bitte auch ans Kommunizieren.
Natur „erfindet“ tolle Sachen, Hast Biologen du am Tisch,
doch wie soll man sie technisch machen? sprudeln Ideen neu und frisch.
Kann man mit Haifischschuppen fliegen Sind die Experten mal auf Reise,
und Reibungskräfte so besiegen? hilft dir das Wiki aushilfsweise.
Kann man Bäume vielleicht fragen, Semantisch ist hier strukturiert,
wie man verhindert Bruchversagen? was den Entwickler interessiert.
Abstraktion und Analogie Mit diesen vorgestellten Dingen
sind weder Zauber noch Magie. kann die Bionik wohl gelingen,
Methodisch geht’s mit dem Modell wenn man sich eines macht zu eigen:
in drei Schritten gut und schnell. Sie ist ein Werkzeug. Dies wollt' ich zeigen.
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27. Ende
Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit.
Für Fragen zur Verfügung stehe ich
Ihnen gern zur Verfügung!
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