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Leichtbau Bionik macht Verbundwerkstoffe sicherer 

Quelle: Hochschule Bremen 2 min Lesedauer

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Forschende haben eine bionische Verbundstruktur nach dem Vorbild des Fangschreckenkrebses entwickelt. Wabenstrukturen mit graduellem Faserwinkel nahmen in Druckversuchen mehr als viermal so viel Energie auf wie vergleichbare Strukturen mit konstantem Faserwinkel.

Bionisch inspirierte Wabenstrukturen mit graduell angeordneten Faserwinkeln aus regenerierten Cellulosefasern. Die Leichtbaustrukturen könnten künftig zu nachhaltigeren Sicherheitsbauteilen beitragen. (Bild: © HSB - AG Biologische Werkstoffe)
Bionisch inspirierte Wabenstrukturen mit graduell angeordneten Faserwinkeln aus regenerierten Cellulosefasern. Die Leichtbaustrukturen könnten künftig zu nachhaltigeren Sicherheitsbauteilen beitragen.
(Bild: © HSB - AG Biologische Werkstoffe)

Wie lassen sich Leichtbaustrukturen so auslegen, dass sie bei einem Aufprall mehr Energie aufnehmen? Forschende der Hochschule Bremen (HSB) und des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) haben dafür eine bionische Verbundstruktur entwickelt, deren Faserverlauf sich an biologischen Vorbildern orientiert.
Die Ergebnisse der Studie wurden im Journal of Bionic Engineering veröffentlicht. Sie zeigen: Ein über die Struktur graduell veränderter Faserwinkel kann die massenspezifische Energieaufnahme gegenüber vergleichbaren Strukturen mit konstantem Faserwinkel deutlich erhöhen.

Vorbild Fangschreckenkrebs

Als Vorbild diente unter anderem der sogenannte Schlagkeulenkomplex der Fangschreckenkrebse (Odontodactylus scyllarus). Seine natürliche Struktur übertrugen die Forschenden mithilfe des bionischen Techno-Pull-Prinzips auf faserverstärkte Verbundwerkstoffe:

  • Material: Die entwickelten Wabenstrukturen bestehen aus regenerierten Cellulosefasern und Epoxidharz. 
  • Versagensverhalten: In Druckversuchen verformten sich die Strukturen kontrolliert und schrittweise, anstatt – wie konventionelle Strukturen – schlagartig zu versagen.
  • Energieaufnahme: Sie erreichten eine mehr als viermal höhere massenspezifische Energieaufnahme als Vergleichsstrukturen mit konstantem Faserwinkel.
  • Anwendungspotenzial: Der Ansatz eignet sich daher für energieabsorbierende Leichtbauteile, insbesondere im Mobilitätssektor.

Was ist Techno-Pull?

Der Begriff Techno-Pull (oft auch „Technology Pull“ oder „Top-down-Ansatz“ genannt) beschreibt eine strategische Vorgehensweise in der Bionik, bei der ein konkretes technisches Problem den Ausgangspunkt der Forschung bildet. Ingenieure stehen hierbei vor einer gestalterischen oder funktionalen Herausforderung und suchen in der Natur gezielt nach biologischen Vorbildern, die im Laufe der Evolution bereits ähnliche Probleme gelöst haben. Der Prozess verläuft somit von der Technik zur Biologie: Das bestehende Problem wird abstrahiert, in biologischen Datenbanken oder der Natur analysiert und das gefundene Prinzip anschließend in eine innovative, technische Lösung übersetzt.

Die Verbindung von Bionik und moderner Werkstoffforschung eröffnet neue Wege für innovative und nachhaltige Leichtbaustrukturen. Die Natur liefert uns über Millionen Jahre hinweg optimierte Lösungen, die wir gezielt auf technische Anwendungen übertragen können.

Professor Dr. Jörg Müssig vom Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen

Veröffentlichung
Middendorf, O., Kelch, M. & Müssig, J. (2026): Biomimetic Composite Structures with Fibre Angle Gradients: Enhancing Energy Absorption via Progressive Failure. Journal of Bionic Engineering, 23, 2389–2400. https://doi.org/10.1007/s42235-026-00926-6

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