DieBionik (einKofferwort ausBiologie undTechnik) beschäftigt sich mit dem Übertragen von Phänomenen der Natur auf die Technik. Ein bekanntes Beispiel aus der Geschichte dafür istLeonardo da Vincis Idee, denSchlagflug auf eine Flugmaschine – denOrnithopter – zu übertragen. Ein Beispiel aus dem modernen Alltag ist der vonKletten inspirierteKlettverschluss. Der Bionik liegt die Annahme zugrunde, dass die belebte Natur durch evolutionäre Prozesse optimierte Strukturen und Prozesse entwickelt, von denen der Mensch lernen kann.^[1]

Als interdisziplinäres Forschungsfeld zieht die Bionik Naturwissenschaftler, Ingenieure, Architekten, Philosophen und Designer an. In der Bionik geht es um systematisches Erkennen von Lösungen der belebten Natur; sie grenzt sich damit von der zweckfreien Naturinspiration ab. Ihr Ziel ist stets ein von der Natur getrenntes technisches Objekt oder Verfahren, wodurch sich die Bionik von Wissenschaften, die biologische Prozesse nutzen und erweitern, wie dieBioinformatik,Biophysik undBiochemie unterscheidet. Die Bionik leistet wichtige Beiträge zum Prozess derBiologisierung.

Synonym verwendet werden auch die BegriffeBiomimikry,Biomimetik oderBiomimese, die für die Nachbildung natürlicher Systeme durch den Menschen stehen^[2] und sich herleiten aus griechisch βίος (bios), Leben, und μίμησις (mīmēsis), Imitation, bzw. μιμεῖσθαι (mīmeisthai), etwas imitieren, oder μῖμος (mimos),Schauspieler.

Einer der Begründer der Bionik,Werner Nachtigall, definierte den Begriff so:

Der erste Satz seiner Definition deckt sich mit derjenigen desVDI – dieser beschreibt die Bionik so:

Den englischen Begriffbionics stellte erstmals der amerikanische Luftwaffenmajor Jack E. Steele 1960 auf einer Konferenz unter Leitung desHeinz von Foerster in derWright-Patterson Air Force Base inDayton,Ohio, vor: ‚Bionics Symposium: Living Prototypes – The Key to New Technology’. J.E. Steele, ein Neurologe im Militärdienst, leitet den Begriff aus dem griechischen Stamm „bios“ (Leben) und dem Suffix „-onics“ in der Bedeutung „Studium von“ ab.- Das deutscheKofferwortBionik setzt sich ausBiologie undTechnik zusammen.

Imenglischen Sprachraum steht der Begriffbionic als Kofferwort aus Biologie und Elektronik zumeist für die den Ersatz oder die Ergänzung von menschlichen Körperteilen durch technische Elemente (auch im Zusammenhang mit der Idee desCyborgs). Das, was imdeutschen Sprachraum mit Bionik bezeichnet wird, entspricht im Englischen eher dem Begriffbiomimetics oderbiomimicry. Da sich viele Autoren der sprachlichen Problematik bewusst sind, werden mittlerweile die beiden Begriffe Bionik und Biomimetik oftsynonym verwendet.

Als historischer Vordenker der Bionik wird meist der italienische Erfinder Leonardo da Vinci angeführt, der 1505 in seinem ManuskriptÜber den Vogelflug den Vogelflug analysierte und versuchte, seine Erkenntnisse auf Flugmaschinen zu übertragen. Das erste deutsche Patent im Bereich Bionik wurde 1920Raoul Heinrich Francé für einen „Neuen Streuer“ nach dem Vorbild einerMohnkapsel erteilt.^[5] 1948 entwickelte der Schweizer WissenschaftlerGeorges de Mestral nach dem Vorbild derKletten denKlettverschluss.

Als Meilenstein in der Geschichte der Bionik giltIngo Rechenbergs 1964 gehaltener Vortrag mit dem Titel: „Kybernetische Lösungsansteuerung einer experimentellen Forschungsaufgabe“. Hier führte er dasDarwin-im-Windkanal-Experiment vor, in dem eine zur Zickzackform gefaltete Gelenkplatte sich evolutionär zur ebenen Form geringsten Widerstands entwickelt.^[6]

Die Bionik ist noch eine sehr junge Wissenschaft, weshalb die wirtschaftliche Bedeutung noch relativ gering ist, doch in der letzten Zeit gibt es immer mehr bionische Arbeiten und das Interesse an bionischen Entwicklungen steigt. Dabei sind in den letzten Jahren immer mehr Forschungsergebnisse aus der Bionik in die Entwicklung von Produkten eingeflossen, woran man die wachsende Bedeutung der Bionik erkennt. Des Weiteren wird die wachsende Relevanz der Bionik durch die ständig steigende Anzahl der geförderten Projekte von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung, der Deutschen Bundesstiftung Umwelt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit deutlich.Außerdem werden viele kleine Unternehmen bei der Forschung der Bionik unterstützt. Durch diese Subventionen haben viele Produkte eine Produktreife erlangt, sodass diese vermarktet werden konnten. Ein Beispiel für solch ein Produkt ist der Schwimmanzug Speedo, der dem Aufbau der Haihaut ähnelt und somit auch dessen Vorteile widerspiegelt, wie zum Beispiel einen geringeren Wasserwiderstand.

Die Bionik hat sich erst in den letzten Jahrzehnten insbesondere aufgrund neuer und verbesserter Methoden (Rechenleistung, Produktionsprozesse, interdisziplinäre Betrachtungen) zu einer etablierten Wissenschaftsdisziplin entwickelt. Bei der Entwicklung technischer Funktionselemente waren den Ingenieuren parallele Entwicklungen in der Natur nicht immer bekannt. So wurde dasFachwerk ohne Kenntnis der Feinstruktur derKnochenbälkchen entwickelt. Da keinerlei Übertragung stattfand, spricht man bei solchen formellen oder funktionellen Übereinstimmungen von Entsprechungen und nicht von Bionik.

Biomimetik oder Bionik als Wissenschaftsdisziplin sucht dagegen gezielt nach Strukturen in der Natur, die technisch als Vorbilder von Bedeutung sein können. Diese Vorgehensweise kann häufig als reineAnalogiensuche bezeichnet werden. Sie erlaubt allerdings oft nur kleinereInnovationssprünge, da die technische Anwendung bereits erkennbar sein muss.

Alternativ können durch biologischeGrundlagenforschung bestimmte Struktur- oder Organisationsprinzipien beschrieben werden, die erst danach als geeignet für eine Übertragung in die Technik erkannt werden. So werden etwa anhand der Untersuchung des Knochenaufbaus neueFachwerkskonstruktionen (z. B. zur Versteifung von Doppelwandkonstruktion) entwickelt. Auch führten die Erkenntnisse über die Unbenetzbarkeit und Selbstreinigung bestimmter pflanzlicher Oberflächen erst später zur Entwicklung so unterschiedlicher industrieller Produkte wie Fassadenfarbe, Dachziegel und Markisen mit dem so genanntenLotus-Effekt und dieAerodynamik suchte viele Anregungen in der Zoologie.

DasBionic Learning Network ist ein Forschungsverbund des Unternehmens Festo mit Hochschulen, Instituten und Entwicklungsfirmen. Ziel der Initiative ist, durch die Anwendung der Bionik neuartige Technologieträger hervorzubringen.

Die Bionik kann in verschiedene Teilgebiete unterteilt werden: DieKonstruktionsbionik vergleicht Konstruktionselemente und deren Integrationen, die Sensorbionik untersucht die Systeme zur Reizaufnahme, die Strukturbionik analysiert biologische Strukturelemente, die Bewegungsbionik Antriebsmechanismen, Oberflächeneinfluss und Strömungsanpassung, die Neurobionik beobachtet natürliche Informationsübertragung und Übertragung auf informatische Systeme, dieBaubionik untersucht komplette Konstruktionen von Lebewesen oder ihrer Produkte, die Gerätebionik setzt natürliche Gerätekonstruktionen um, die Verfahrensbionik stellt analytische Untersuchung biologischer Vorgänge wie z. B.Photosynthese an, die Klimabionik sucht nach Systemen zur passiven Lüftung, Kühlung oder Heizung, dieAnthropobionik studiert tierische Bewegungen, oft zur Verwendung in derRobotik, die Evolutionsbionik überträgt Evolutionsverfahren auf Forschung (experimentelle Versuchs-Irrtums-Entwicklung).

Bei derAnalog-Bionik findet ein „top-down-Prozess“ statt: Man definiert das Problem, sucht nach Analogien in der Natur, analysiert diese Analogien und sucht schließlich nach Lösungen für das Problem mit den gewonnenen Erkenntnissen aus der Natur. Beispiele:

• Flugzeug:Otto Lilienthal,Alberto Santos-Dumont und dieGebrüder Wright beobachteten den Flug (Lokomotion) großerVögel und optimierten damit ihrePrototypen.
• Winglets an den Enden der Tragflächen von Flugzeugen: großeWirbel an den Flügelspitzen von Flugzeugen bedingen einen hohen Treibstoffverbrauch, der durch den Einsatz von Winglets um rund fünf bis sechs Prozent reduziert werden kann. Untersuchung von Flügeln segelnder/gleitender Vögel als Flugzeug-Analogie. Beschreibung der Handschwingen von bestimmten Vogelarten (etwaBussard,Kondor undAdler), die statt eines großen Wirbels mehrere kleinere verursachen und damit insgesamt weniger Energie verbrauchen. Herstellung künstlicher Flügel mit mehreren Wirbelablösestrukturen (Winglets). Flugzeugkonstrukteure haben die Winglets zu einem Schleifenprofil am Flügelende (split-wing loop) weiterentwickelt (Spiroid). Das Beispiel zeigt, dass am Ende einer Optimierung deren bionische Herleitung nicht immer sichtbar sein muss.

• Entwicklung neuartiger Profile vonAutoreifen: Biologisches Vorbild sind etwa Katzenpfoten, die sich bei Richtungswechsel verbreitern und so eine größere Kontaktfläche zum Untergrund haben.
• SpinnenartigeRoboter, deren Beine autonome Steuerungsfunktionen haben und die dadurch zentral gesteuerten Robotern überlegen sind.

Bei derAbstraktions-Bionik findet ein „bottom-up-Prozess“ statt: Man betreibt dazu biologische Grundlagenforschung, untersucht die Biomechanik und Funktionsmorphologie von biologischen Systemen, erkennt und beschreibt ein zu Grunde liegendes Prinzip, führt eine Abstraktion dieses Prinzips (Loslösung vom biologischen Vorbild und Übersetzung in nicht-fachspezifische Sprache) durch, sucht nach möglichen technischen Anwendungen und entwickelt schließlich solche Anwendungen zusammen mit Ingenieuren, Technikern, Designern usw.

Beispiele:

• Unbenetzbarkeit und Selbstreinigung bestimmter biologischer Oberflächen: Die Beobachtung und nähere Untersuchung der Tatsache, dass von einem Blatt derLotuspflanze praktisch alle wasserlöslichen Substanzen abperlen, führte zuPatenten für extrem schlecht benetzbare und selbstreinigende Oberflächenstrukturen (etwa für eine neue künstliche Oberfläche als Fassadenfarbe), demLotuseffekt.Siehe auch:Wachse auf Pflanzenblättern, beispielsweise von der Lotusblume,Kohlrabi usw.
• Strukturoptimierung von Bauteilen (CAO undSKO):Wuchsformen von Bäumen oder Knochen
• Riblet-Folien: Bei schnell schwimmendenHaien besteht dieHautoberfläche aus kleinen, dicht aneinander liegenden Schuppen. Auf diesen Schuppen befinden sich scharfkantige feine Rillen, die parallel zur Strömung ausgerichtet sind. Diese mikroskopisch kleinen Rillen bewirken eine Verminderung desReibungswiderstands. Dieser widerstandsvermindernde Effekt ist in allen turbulenten Strömungen, also auch in Luft wirksam.Flugzeuge können mit einer speziellenFolie beklebt werden (so genannte Riblet-Folie), die auf ihrer Oberseite über eine ähnliche Struktur verfügt und so denLuftwiderstand des Flugzeugs senkt. Die wissenschaftliche Grundlage entstammt Untersuchungen an fossilen Haien und deren „Schuppen“.
• Hafthaare und andere Haftvorrichtungen auf der Oberfläche der Füße zahlreicher Tierarten, als strukturierte biologische Oberflächen, werden als Vorbild für technische Anwendungen, bis hin zur Konstruktion eines autonomen Kletter-Roboters, genutzt^[7]
• DerKlettverschluss wurde nach dem Vorbild derKlettfrüchte entwickelt (Georges de Mestral, 1956).
• Schwarmintelligenz undAmeisenalgorithmus übertragen Verhaltensweisen von Insekten und anderen, in Gemeinschaft oder größeren Gruppen lebenden Tieren in technische Bereiche.

Ein weiteres Feld, welches mit der Bionik verwandt ist, die dieTopologieoptimierung. Hier findet ebenfalls der Top-Down-Ansatz Anwendung. Dabei werden Bauteile unter Berücksichtigung ihrer künftigen Belastung derart gestaltet, dass unnötige Bereiche entfernt werden und nur die für die Belastung notwendigen Verbindungen hergestellt werden.

• Saugnäpfe kommen auch beiKraken undKäfern vor.
• Sonar oderEcholot wurde, lange bevor der Mensch es kannte, vonDelphinen undFledermäusen benutzt.
• Vorflügel der Flugzeuge: Daumenfittich desVogelflügels
• Propeller:Flügelfrucht desAhorns
• Konstruktionen wie derEiffelturm: Vorbild dafür ist die Balkenstruktur vonKnochen
• Nurflügel: nach dem Vorbild desFlugsamens vonZanonia macrocarpa
• Spritzen:Giftstachel vonBienen oderHornissen
• Schwimmflosse: Schwimmhäute bei Fröschen oder Wasservögeln
• Strahltriebwerk undRaketenantrieb: Rückstoßprinzip beiQuallen undTintenfischen
• Atrapaniebla: Nebelnutzung desNebeltrinker-Käfers
• Lüftungssystem: Lüftungssystem in einemTermitenbau
• Hydrophobie undHydrophilie desNebeltrinker-Käfers inspirieren die Konstruktion einer sich selbst mit Wasser füllenden Flasche.^[8]
• Stahlrohrtürme vonWindkraftanlagen: Vorbild sind Getreidehalme
• Klettverschluss: Vorbild sind Kletten

• Biosystemtechnik
• Evolutionäre Algorithmen / Evolutionsstrategie
• Analogietechnik
• Bioästhetik
• Bioökonomie
• Cybathlon
• Neurobionik
• Baubionik
• Bewegungsbionik
• Sensorbionik

Technische Umsetzung:

• Bionic Learning Network
• Biomechatronik

• Eberhard Forth und Eberhard Schewitzer (Hrsg.):Bionik. Meyers Taschenlexikon. VEB Bibliographisches Institut, Leipzig 1976,DNB-Info.
• Werner Nachtigall,Kurt G. Blüchel:Das große Buch der Bionik. Neue Technologien nach dem Vorbild der Natur. DVA, Stuttgart und München 2000,ISBN 3-421-05379-0 (Sonderausgabe 2003 unterISBN 3-421-05801-6).
• Werner Nachtigall:Bionik. 2. Auflage. Springer, Berlin 2002,ISBN 3-540-43660-X.
• Torsten Rossmann, Cameron Tropea:Bionik: Aktuelle Forschungsergebnisse in Natur-, Ingenieur- und Geisteswissenschaft. Springer, Berlin 2004,ISBN 3-540-21890-4.
• Zdenek Cerman, Wilhelm Barthlott, Jürgen Nieder:Erfindungen der Natur. Rowohlt, Reinbek 2005,ISBN 3-499-62024-3.
• Antonia B. Kesel:Bionik. Fischer, Frankfurt am Main 2005,ISBN 978-3-596-16123-2.
• Kurt G. Blüchel:Bionik. Wie wir die geheimen Baupläne der Natur nutzen können. Goldmann, München 2006,ISBN 3-442-15409-X.
• Martin Zeuch:Bionik.WAS IST WAS, Band 122. Tessloff, Nürnberg 2006,ISBN 978-3-7886-1509-3.
• Lothar Brehmer:Die Natur – ein Schrittmacher für die Luftfahrzeugentwicklung. Projekte-Verlag, Halle 2007,ISBN 978-3-86634-344-3.
• Sigrid Belzer:Die genialsten Erfindungen der Natur. Bionik für Kinder. S. Fischer Verlag, Frankfurt am Main 2010,ISBN 978-3-596-85389-2.
• Bionik. Natürlich genial. Themenschwerpunkt im KulturmagazinWestfalenspiegel, Heft 4/2011, S. 14–27.
• Christian Johannsen:Energie-Einsparpotenziale durch Haihaut-Beschichtung. In: Schiff & Hafen, Heft 9/2012, S. 82–86, Seehafen-Verlag, Hamburg 2012,ISSN 0938-1643.
• W. Barthlott, W. Erdelen, M. Daud Rafiqpoor:Biodiversity and technical innovations: bionics. In:Concept and Value in Biodiversity. Routledge Studies in Biodiversity Politics and Management. 2014,ISBN 978-0-415-66057-0,S. 300–315. 
• M. C. Demirel, M. Cetinkaya, A. Pena-Francesch, H. Jung:Recent Advances in Nanoscale Bioinspired Materials. In:Macromolecular bioscience. [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] Dezember 2014,ISSN 1616-5195.doi:10.1002/mabi.201400324.PMID 25476469.
• Patricia Piekenbrock:Bionik. Lernen von der Natur – Impulse für Innovation. Vogel Business Media, Würzburg 2018,ISBN 978-3-8343-3438-1.

Wiktionary: Bionik – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Ganz unterschiedliche Bionik-Projekte sind unter dem Aspekt der technischen Nutzung im Festo Bionic Learning
• Bionik Kompetenz Netz (BIOKON e. V.)
• Netzwerk für Bionische Entwicklungen Baden-Württemberg e.V.bionik-mannheim.de/netzwerk/
• Bionik-Kongresse in Mannheim: 2015, 2017, 2019, 2023, 2025
• www.lotus-salvinia.de
• Bionik – Ausstellung zu Gebäuden und Projekten des ArchitektenMoti Bodek. Internationale Woche, FHP Fachhochschule, Freiland Potsdam. 12-16 May 2014.
• Bionicum – Interaktive Ausstellung zur Bionik in Nürnberg.

1. ↑Mutschler, H.-D.:Naturphilosophie. Kohlhammer, Stuttgart 2002, hier: 120f.
2. ↑Julian F. V. Vincent:Biomimetics: its practice and theory. In:Journal of the Royal Society Interface. 3. Jahrgang,Nr. 9, 22. August 2006,S. 471–482,doi:10.1098/rsif.2006.0127,PMID 16849244,PMC 1664643 (freier Volltext). 
3. ↑Werner Nachtigall:Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler. 2. Auflage, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg 2013,ISBN 978-3-642-18996-8, S. 3.
4. ↑VDI Verein Deutscher Ingenieure (Herausgeber):VDI 6220 Blatt 1. Bionik – Konzeption und Strategie – Abgrenzung zwischen bionischen und konventionellen Verfahren/Produkten. 2012.
5. ↑Deutsches Patentamt, Nr. 723730
6. ↑Der Vortrag Rechenbergs fand auf der gemeinsamen Jahrestagung der WGLR und DGRR im September 1964 in der Berliner Kongresshalle statt.
7. ↑Stanislav Gorb & Dagmar Voigt: Funktionale biologische Oberflächen als Vorbilder für die Technik. Performance. Doppelausgabe 2.2009 / 1.2010: 69–77.PDF download (Memento desOriginals vom 4. Oktober 2015 imInternet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäßAnleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/performance.ey.com
8. ↑BBC News über die amerikanische Start-Up-FirmaNBD Nano[1]

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