Bionik
Seit mehr als 3,6 Milliarden Jahren haben lebende Organismen bewiesen, dass sie ein gigantisches Forschungs- und Entwicklungslabor sind, die zu großen Innovationen fähig sind und eine wichtige Inspirationsquelle für die Industrie darstellen. Der Innovationsprozess, der darin besteht, die Natur als Vorbild zu nehmen, wird Bionik genannt. Das Team von Alcimed setzt sich leidenschaftlich dafür ein und begleitet seine Kunden bei ihren Innovationen, die von der lebenden Welt inspiriert sind.
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Herausforderungen im Zusammenhang mit der Bionik und biomimetischen Technologien
Dieser noch junge Bereich entwickelt sich in der Industrie, der Medizin und der Bioökonomie. Bionik kann in den Bereichen Werkstoffe (Multifunktionalität, Selbstreparatur usw.), Energie (erneuerbare Energien, CO2-Absorption im Rahmen einer Strategie der Kohlenstoffneutralität usw.), Informationsmanagement und sogar beispielsweise in der Chemie (grüne Chemie) angewandt werden.
Die Entwicklungen im Bereich der Bionik stehen heute vor großen Herausforderungen, da sie geeignete methodische Instrumente erfordern.
Zu diesen Herausforderungen gehören:
Die derzeitigen Innovationen, die von lebenden Organismen inspiriert sind, konzentrieren sich hauptsächlich auf etwa zwanzig Arten. Großes Interesse gilt zum Beispiel der Haut des Hais, deren mikroskopisch kleine Rillen ihr hervorragende aerodynamische Eigenschaften verleihen, oder den Flügeln von Störchen, deren Enden die „Winglets“ inspiriert haben, die wir am Ende von Flugzeugflügeln sehen. Aber es gibt zwischen 10 und 40 Millionen Arten auf der Erde! Eine der Herausforderungen für die Bionik besteht daher heute darin, in die Erforschung biologischer Modelle zu investieren und sie weiterzuentwickeln, um Konzepte aus der Welt der Lebewesen für die industrielle Welt von morgen zu finden und so neue biomimetische Technologien zu entwickeln.
Wie lassen sich neue Inspirationsquellen erschließen? Welcher Ansatz sollte gewählt werden, um die Natur in F&E-Prozesse einzubeziehen? Wie lassen sich die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf biomimetische Prozesse vorhersehen?
Um von der Natur ausgehend innovativ zu sein, ist es unerlässlich, einen multidisziplinären Ansatz zu wählen und somit verschiedene Experten (Biologen, Physiker, Ingenieure usw.) zusammenzubringen, um ein bestimmtes Thema (Werkstoffe, Chemie, Energie usw.) mit Hilfe einer spezifischen Methodik zu untersuchen. Bei diesem Ansatz werden die ansonsten isolierten Ideen der einzelnen Disziplinen zusammengeführt, um eine endgültige, optimierte und umfassende Lösung zu finden.
Wie kann der multidisziplinäre Austausch gefördert werden? Welche Methoden sind je nach Fall anzuwenden?
Eine multidisziplinäre Studiengruppe muss eine Methodik und ein Mittel für den Austausch und die Optimierung der Beiträge der einzelnen Beteiligten finden. Wir müssen eine gemeinsame Sprache finden. Diese Herausforderung erfordert die Anwesenheit von Akteuren, welche diese Vermittlerrolle zwischen den verschiedenen Branchen übernehmen können.
Wie leitet man eine multidisziplinäre Studiengruppe? Welcher interne Ansatz sollte je nach Disziplin und Größe der Gruppe gewählt werden?
Viele neue Studien werden werden die Entwicklungen im Bereich der Bionik fördern und so erhebliche Auswirkungen auf die Fortschritte in der Forschung haben. Es ist wichtig, dass alle derzeit verfügbaren Informationen ausgetauscht werden und zugänglich sind, um diese Arbeit zu optimieren und weiterzuentwickeln.
Wie lassen sich die Fortschritte in diesem Bereich überwachen? Welche Instrumente und Verfahren ermöglichen es, Informationen zu diesem Thema zu ermitteln oder auszutauschen?
Wie wir Sie bei Ihren Projekten zur Bionik und zu biomimetischen Technologien begleiten
Die Auswirkungen der Bionik auf die Industrie werden eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Welt von morgen spielen, in der sich Innovationen und die lebendige Welt in Synergie entwickeln sollen. Die Teams von Alcimed, welche seit mehr als 25 Jahren und durch die Begleitung aller Arten von Akteuren zahlreiche Erfahrungen und eine gute Kenntnis der Industrie gesammelt haben, sind leidenschaftlich an diesem neuen Thema interessiert.
Einige Beispiele:
- Unser Chemie- und Materialteam hat sich mit den folgenden Themen beschäftigt:
- Intelligente selbsthärtende Materialien nach dem Vorbild von Seegurken,
- Intelligente Klebematerialien nach dem Vorbild von Mollusken,
- Intelligente selbstreparierende Materialien in feuchten Umgebungen, inspiriert von Tintenfischzähnen.
- Unser Energie-, Umwelt- und Mobilitätsteam hat vor kurzem drei bioinspirierte Innovationsachsen entwickelt, die auf folgenden Themen basieren:
- Überwinterungsstrategien von Säugetieren zur Energiespeicherung und Steuerung des Stromverbrauchs,
- Selbstorganisation und Verkehrsmanagement in Gruppen von Säugetieren, Insektenkolonien oder Fischschwärmen für autonome Fahrsysteme,
- die bei lebenden Organismen beobachteten Symbiosen zur Organisation energieoptimierter Industriegebiete, so dass die Abfälle des einen Akteurs zum Rohstoff eines anderen werden, dass die Restwärme der Abwässer des einen von einem Nachbarn genutzt wird, dass das von einem emittierte CO2 von einem anderen aufgefangen und genutzt wird usw.
Diese Expertise in den Bereichen Industrie und Biowissenschaften ermöglicht es Alcimed heute, seine Kunden bei der Erkundung und Entwicklung der Bionik durch verschiedene Arten von Projekten zu begleiten: technologisches Benchmarking von bioinspirierten Innovationen, Identifizierung potenzieller Partner für die Entwicklung eines Projekts rund um die Bionik, Untersuchung der Empfänglichkeit für eine Bionik-Technologie, Analyse von Veröffentlichungen/technischen Patenten zur Bionik, Entwicklung einer Innovationsstrategie durch Bionik usw.
Beispiele aktueller Projekte zur Bionik, die wir für unsere Kunden durchgeführt haben
Identifizierung neuer Inspirationsquellen auf der Grundlage der Bionik für einen Akteur der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
Einer unserer Kunden aus der Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsbranche wollte seine Forschungs- und Entwicklungsteams rund um das Thema Bionik vereinen und auf diesem Gebiet neue Wege der Erforschung beschreiten. Zu diesem Zweck folgte unser Team einem vierstufigen Prozess:
- Wir definierten zunächst die Schlüsselfunktionen, zu denen der biomimetische Ansatz im Kontext unseres Kunden einen Beitrag leisten könnte.
- Wir identifizierten inspirierende biomimetische Fallstudien zu diesen Funktionen.
- Wir organisierten einen Kreativitäts-Workshop, um Ideen und Denkansätze für die Biomimetik zu entwickeln.
- Schließlich analysierten und priorisierten wir alle generierten Ideen, um die relevantesten und vielversprechendsten auszuwählen.
Unser Projekt ermöglichte es unserem Kunden, seine F&E-Roadmap mit vielen neuen Ideen zu bereichern!
Identifizierung neuer, von der Natur inspirierter Produktlösungen für ein Unternehmen der Spezialchemie
Unser Kunde, ein führendes Unternehmen der Spezialchemie, wollte neue Produktlösungen finden, die durch geringe Energien aktiviert werden können, zum Beispiel durch Körperwärme, Tageslicht oder Umgebungsfeuchtigkeit.
Alcimed beschäftigte sich mit der Erforschung neuer Materialien, die in der Lage sind, sich durch Reize geringer Intensität an ihre äußere Umgebung anzupassen, und orientierte sich dabei an der Natur, dem besten Beispiel für Niedrigenergiesysteme. Zu den Anwendungen, die als von der Natur inspiriert identifiziert wurden, gehören beispielsweise selbsthärtende Materialien (inspiriert von der Seegurke), lichthärtende Klebstoffe (inspiriert von bestimmten Mollusken) oder selbstreparierende Materialien (inspiriert von Tintenfischzähnen).
Unsere Studie ermöglichte es, auf die Moleküle und die damit verbundenen Strukturen zurückzugreifen, um schließlich nach akademischen und industriellen Akteuren zu suchen, die diese Technologien entwickeln.
Moderation von Kreativitätsworkshops über Bionik mit den Forschungs- und Entwicklungsteams eines Mobilitätsunternehmens
Unser Team unterstützte einen führenden Mobilitätsanbieter, der über die potenziellen Auswirkungen der Bionik auf sein Geschäft nachdenken und diese besser verstehen wollte.
Im Rahmen dieses Projekts leiteten wir Kreativitätsworkshops mit den Forschungs- und Entwicklungsteams unseres Kunden, die sich mit dem Thema „Wie kann sich Bionik auf unser Geschäft auswirken“ befassten. Ziel dieser Sitzungen war es, neue Wege zu finden, um die gewünschten Funktionalitäten zu erreichen, indem man sich von der Natur inspirieren lässt, z. B. bei selbstreinigenden Materialien, kratzfesten Lösungen oder verbesserten mechanischen Leistungen.
Diese Übung ermöglichte es unserem Kunden, mehrere neue Wege für seine Forschung zu identifizieren, die er mit seinen Teams erkunden kann.
Schaffung einer 3D-Druck-Industrie zur Modellierung von Innovationen nach dem Vorbild der Natur
Wir unterstützten ein Konsortium von Akteuren bei der Schaffung eines Industriesektors, der die Einrichtung von bio-inspirierten Strukturen in den Bereichen Luftfahrt, Automobil, Bauwesen oder Energie ermöglicht.
Zu diesem Zweck führte unser Team ein Benchmarking bestehender Modelle des „Bionik-/3D-Druck-Sektors“ in mehreren Ländern durch. Ziel war es, die von den Akteuren angewandten Praktiken zu ermitteln und festzustellen, wie die 3D-Drucktechnologien eine echte Beschleunigerrolle spielen können, indem sie es ermöglichen, Modelle aus der Natur im Prototypenmaßstab zu realisieren, bevor sie morgen in den industriellen Maßstab überführt werden.
Identifizierung eines biomimetischen Materials für ein Luft- und Raumfahrtunternehmen zur Verbesserung der Nachhaltigkeit seiner Produkte
Unser Kunde, ein führender Hersteller in der Luft- und Raumfahrt, wollte die Leistung und Nachhaltigkeit seiner Flugzeugkomponenten durch Bionik verbessern. Er benötigte Hilfe bei der Identifizierung geeigneter biomimetischer Materialien, die von der Natur inspiriert sind, um herkömmliche Materialien in wichtigen Flugzeugkomponenten zu ersetzen.
Zu diesem Zweck führten wir zunächst eine umfassende Recherche zu biologischen Organismen und Systemen durch, die für ihre strukturellen und funktionellen Eigenschaften bekannt sind. Anschließend analysierte unser Team Eigenschaften und Merkmale der in Frage kommenden biomimetischen Materialien, um ihre Eignung für Flugzeuganwendungen zu bewerten. Schließlich führten wir eine Kosten-Nutzen-Analyse durch, um die wirtschaftliche Machbarkeit des Einsatzes dieser Art biomimetischer Materialien im Vergleich zu herkömmlichen Materialien zu bewerten.
Abschließend erarbeiteten wir Empfehlungen, um unserem Kunden einen detaillierten Bericht mit Empfehlungen für biomimetische Werkstoffe und deren potenzielle Anwendung bei der Konstruktion von Flugzeugkomponenten vorzulegen.
Integration eines biomimetischen Ansatzes, um die Designprozesse eines Bauunternehmens nachhaltiger zu gestalten
Unser Kunde, ein führendes Bauunternehmen, wollte die Grundsätze der Bionik in seine Entwurfsprozesse integrieren, um nachhaltigere und widerstandsfähigere Gebäude zu schaffen.
Zunächst führten wir eine gründliche Literaturanalyse zu biologischen Systemen und Phänomenen mit potenziellen Anwendungen in der Architektur durch. Anschließend befragten wir Architekten und Bionik-Experten zur Methodenentwicklung für die Integration von Bionik in Entwurfsprozesse, indem wir biomimetische Entwurfsprinzipien auf ausgewählte Architekturprojekte anwandten, die von der Natur inspirierte Lösungen in die Gebäudeplanung einbeziehen. Abschließend fassten wir die wichtigsten Ergebnisse unserer Analyse und die daraus gezogenen Lehren für zukünftige Designprojekte zusammen.
Auf dieser Grundlage empfahlen wir unseren Kunden, die besten biomimetischen Prinzipien in Betracht zu ziehen und die wichtigsten nächsten Schritte durchzuführen, um die Leistung dieser Prinzipien in Bezug auf Nachhaltigkeit, Funktionalität und Nutzererfahrung zu bewerten.
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Weiterführende Informationen
Alcimed wurde 1993 gegründet und ist ein Beratungsunternehmen für Innovation und die Erschließung neuer Märkte, das sich auf innovative Sektoren spezialisiert hat: Life Sciences (Gesundheitswesen, Biotechnologie, Agrarwirtschaft und Ernährungswirtschaft), Energie, Umwelt, Mobilität, Chemie, Werkstoffe, Kosmetik, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung.
Unsere Berufung? Wir begleiten private und öffentliche Entscheidungsträger bei der Erkundung und Entwicklung ihrer unerforschten Gebiete: neue Technologien, neue Angebote, neue geografische Räume, Zukunftsperspektiven und neue Innovationswege.
Unser Team besteht aus 220 hochqualifizierten, multikulturellen und leidenschaftlichen Entdeckern, die in acht Büros weltweit (in Frankreich, Europa, Singapur und den Vereinigten Staaten) tätig sind und eine duale Expertise aus Wissenschaft/Technologie und Wirtschaft mitbringen.
Unser Traum? Ein Team von 1.000 Entdeckern aufzubauen, um gemeinsam mit unseren Kunden die Welt von morgen zu gestalten.
Alcimed führt Beratungsprojekte in verschiedenen Bereichen und zu Themen durch, die so vielfältig sind wie die unerforschten Gebiete unserer Kunden! Unsere Projekte und die von uns entwickelten methodischen Ansätze basieren auf dem spezifischen Bedarf und den Rahmenbedingungen unserer Kunden. So begleiten wir unsere Kunden beispielsweise bei der Festlegung ihrer F&E- oder Innovationsstrategie, bei der Analyse ihrer Zielmärkte, bei der Identifizierung und Erkundung neuer Möglichkeiten, bei der Erforschung innovativer Technologien, bei der Festlegung ihrer Vertriebs- und Marketingstrategien, bei der Integration von CSR oder Data Science in ihre Praktiken oder bei der Vorstellung der zukünftigen Entwicklung ihrer Aktivitäten.
Unsere Teams gehen stets mit einem flexiblen, anpassungsfähigen Ansatz vor, der keine methodischen Vorannahmen enthält. Wir haben uns dafür entschieden, uns nicht auf vorher festgelegte Methoden zu verlassen. Unsere Consultants gehen immer vom Kontext und den spezifischen Fragen unserer Kunden aus und überlegen, wie sie darauf am besten klare Antworten geben können. Es gibt also keine Copy-and-Paste-Methoden bei uns.
Bionik ist ein Prozess, der Innovationen ermöglicht, indem er sich von den Leistungen und Funktionsweisen der lebenden Welt inspirieren lässt. Sie basiert auf der Untersuchung nachhaltiger Lösungen, die von der Natur erfunden wurden, um neue Produkte, Dienstleistungen, Prozesse, Technologien, Organisationsmodelle und effiziente Produktionssysteme zu schaffen. Diese werden als bioinspirierte Innovationen bezeichnet.
Dieser Prozess ist häufig Teil des Bestrebens, industrielle Aktivitäten und wirtschaftliche Entwicklung mit dem Schutz der Umwelt, der Ressourcen und der biologischen Vielfalt zu verbinden. Er verbindet Innovation und soziale Verantwortung der Unternehmen.
Die Bionik umfasst alle Maßstäbe: mikroskopisch, makroskopisch oder ökosystemisch. Wir können uns zum Beispiel von der DNA eines Lebewesens, seiner Form oder seiner Lebensweise inspirieren lassen.
Es gibt 3 Haupttypen der Bionik:
- Form- oder Gestalt-Bionik: Nachahmung physikalischer Eigenschaften oder Strukturen, die in der Natur vorkommen. Beispiele hierfür sind die Entwicklung von Materialien mit der Stärke und Flexibilität von Spinnenseide oder die Schaffung stromlinienförmiger Formen nach dem Vorbild von Fischen zur Verbesserung der Aerodynamik.
- Prozess-Bionik: Nachahmung von Prozessen oder Funktionen biologischer Systeme. Dazu gehören zum Beispiel die Entwicklung selbstheilender Materialien nach dem Vorbild des Wundheilungsprozesses in lebenden Organismen oder die Schaffung energieeffizienter Systeme nach dem Vorbild der Photosynthese.
- Ökosystem-Bionik: Nachahmung von in natürlichen Ökosystemen beobachteten Prinzipien und Muster. Es geht darum, Systeme oder Strukturen zu entwerfen, die auf nachhaltige und regenerative Weise funktionieren, ähnlich wie die Effizienz und Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen wie Wäldern oder Feuchtgebieten.