Der App Store für Oberflächen-Innovationen: Fusion Bionic
Stellen Sie sich einen Airbus A350 vor, der in einer Höhe von 30.000 Fuß fliegt. In dieser Höhe stellen die atmosphärischen Bedingungen eine enorme und komplexe technische Herausforderung dar: Vereisung.
Bislang hat die Luftfahrtindustrie zur Bewältigung dieser Gefahr auf energieintensive Heizsysteme oder giftige chemische Enteisungssprays zurückgegriffen.
Was wäre aber, wenn die Außenhaut des Flugzeugs das Eis einfach von selbst abweisen könnte?
In einem entscheidenden „Aha-Moment“, der schließlich zur Ausgliederung aus der Fraunhofer-Gesellschaft führen sollte, bewies das Team von Fusion Bionic, dass dies möglich war. Durch den Einsatz einer laserstrukturierten Oberfläche an einem echten Airbus A350 demonstrierten sie erfolgreich das passive Ablösen von Eis.
Das Video auf der linken Seite veranschaulicht, wie die von Fusion Bionic entwickelten Oberflächen die Eisbildung an einem Airbus A350 reduzieren können. Von der Natur inspirierte Innovationen liegen oft direkt vor unseren Augen.
Dieser Übergang von der Labortheorie zur Anwendung unter freiem Himmel veranschaulicht perfekt das immense Potenzial der bioinspirierten Oberflächentechnologie.
Fusion Bionic entwickelt nicht nur ein einzelnes cooles Produkt, sondern baut die Infrastruktur auf, um Biomimikry in der Fertigung mit mikroskopischer Präzision zu skalieren. Es geht darum, winzige strukturelle Veränderungen zu nutzen, um großartige funktionale Ergebnisse zu erzielen.
Atomar in dem Sinne, dass kleine Veränderungen große Ergebnisse bewirken.
So fungiert dieses innovative Start-up als „App-Store“ für Oberflächentechnologie und ermöglicht es Ingenieuren, komplexe Probleme zu lösen, indem sie 3,8 Milliarden Jahre natürlicher Forschung und Entwicklung „herunterladen“.
Die Natur als Nachschlagetabelle
In der Welt der Biomimikry gibt es zwei Hauptwege zur Innovation. Man könnte mit einer faszinierenden biologischen Entdeckung beginnen, wie etwa den bekannten selbstreinigenden Eigenschaften eines Lotusblatts, und dann nach Anwendungsmöglichkeiten suchen.
Für die industrielle Massenproduktion konzentriert sich Tim Kunze, CEO von Fusion Bionic, jedoch auf den problemorientierten Ansatz:
Für Fusion Bionic dient die Natur als riesige, strategische Bibliothek. Wenn ein Kunde eine bestimmte technische Hürde wie Reibung, Feuchtigkeit oder Blendung identifiziert, konsultiert das Team diese biologische „Nachschlagetabelle“, um Organismen zu identifizieren, die sich entwickelt haben, um ähnliche funktionale Herausforderungen zu bewältigen.
Das Problem: Ein Kunde benötigt eine Vereisungsschutzlösung für Industrieanlagen.
Die Strategie: Ingenieure analysieren, wie bestimmte Organismen Temperaturen unter null Grad unbeschadet überstehen.
Die Abstraktion: Sie identifizieren einzigartige Mikrostrukturen (wie sie beispielsweise in Jakobsmuschelschalen zu finden sind) und übertragen deren Funktionsprinzipien auf lasergenerierte Texturen.
Anstatt neue Designs von Grund auf neu zu entwerfen, können Designer die bewährten Muster der Natur quasi „herunterladen“ und auf von Menschen geschaffene Oberflächen anwenden.
Die Realität der Fertigung: Anpassung statt Nachahmung
Das Ziel der Biomimikry besteht nicht nur darin, die Natur zu kopieren, sondern ihre Mechanismen tiefgreifend zu verstehen und sie durch funktionale Abstraktion anzuwenden.
Zwar könnte man technisch gesehen versuchen, biologische Strukturen eins zu eins nachzubilden, doch würde dies nicht den Gegebenheiten in der Fertigung entsprechen.
Die Natur schafft durch organisches Wachstum – sie baut Strukturen Zelle für Zelle von innen nach außen auf. Bei Fusion Bionic arbeitet man jedoch mit Hochgeschwindigkeits-Laserstrukturierung und formt das Material von außen.
Hierin liegt die wahre Innovation: Fusion Bionic repliziert nicht nur biologische Oberflächen, sondern übersetzt die funktionale Logik eines natürlichen Modells in ein Design, das in einer industriellen Umgebung schnell produziert werden kann.
Es ist die Brücke zwischen der organischen Komplexität des Lebens und der Effizienz moderner Oberflächentechnik.
Fallstudie: Der Scallop-Wärmetauscher
Als Fusion Bionic die Aufgabe erhielt, die Eisbildung an den Lamellen von Aluminium-Wärmetauschern zu reduzieren, orientierte sich das Unternehmen an den Rippen der Jakobsmuschelschale. Allerdings haben sie nicht einfach eine perfekte Nachbildung der Schale in das Metall geschnitzt.
Stattdessen abstrahierten sie die Kerngeometrie der Jakobsmuscheloberfläche, sodass sie mit ihren Hightech-Lasern schnell hergestellt werden konnte. Das Ergebnis? Auf flachen Aluminiumblechen zeigten erste Ergebnisse, dass die Strukturierung die Eisbildung um 80 % reduzierte. Das ist der Kern einer effektiven, von der Natur inspirierten Innovation: den funktionalen Entwurf zu übernehmen und ihn an die Realitäten der industriellen Massenproduktion anzupassen.
Multi-Optimierung: Lösungen für komplexe Realitäten
In der realen Welt stehen Produkte selten nur vor einer einzigen Herausforderung durch die Umwelt. Die Natur ist Meisterin der Mehrfachoptimierung (ein Blatt muss gleichzeitig Licht einfangen, Wasser abweisen und atmen), und biomimetische Technologien müssen dasselbe leisten.
Ein perfektes Beispiel dafür ist die Arbeit von Fusion Bionic mit Solarmodulen im Nahen Osten, insbesondere in Katar.
Die Umweltbedingungen in dieser trockenen Region sind extrem und erfordern eine Oberfläche, die mehrere sich überschneidende Probleme bewältigen kann:
- Anti-Verschmutzung / Staubschutz: Die Oberfläche muss verhindern, dass sich feiner, abrasiver Wüstenstaub wie Zement auf das Glas aufbrannt.
- Antireflex: Je besser Solarkollektoren Licht absorbieren, desto mehr Energie produzieren sie.
Die Technologie von Fusion Bionic sorgt für schmutzabweisende, blendfreie und entspiegelte Eigenschaften. Alle drei Eigenschaften eignen sich für Photovoltaikmodule.
Durch die Überlagerung verschiedener bioinspirierter Mikrostrukturen kann die Lasertechnologie von Fusion Bionic beide Probleme auf einer einzigen Glasscheibe lösen, wodurch die Wartungskosten drastisch gesenkt und die Energieausbeute verbessert werden.
Die Zukunft: Ein nachhaltiges Werkzeug für die Massenproduktion
Die ultimative Vision dieser Technologie geht weit über die Entwicklung besserer Solarmodule oder sichererer Flugzeuge hinaus (was ich persönlich schon unglaublich inspirierend finde).
Fusion Bionic hat sich zum Ziel gesetzt, die Art und Weise, wie wir Oberflächen herstellen, grundlegend zu verändern.
Bisher war es üblich, die Eigenschaften einer Oberfläche durch das Aufbringen von Zusatzstoffen zu verändern – oft giftige chemische Beschichtungen, Farben oder Laminate, die sich mit der Zeit zersetzen, abblättern und die Umwelt belasten.
Die laserbasierte Technologie von Fusion Bionic bietet einen Paradigmenwechsel.
Indem sie die Topografie des Grundmaterials selbst physikalisch verändern, verzichten sie weitgehend auf chemische Zusatzstoffe. Die Zukunft, die sie gestalten, ist eine, in der die Oberflächenmodifikation ausschließlich durch Energie (idealerweise erneuerbare) angetrieben wird, wodurch ein nachhaltiges Werkzeug für die Massenproduktion entsteht, das Toxizität an der Quelle beseitigt.
Wenn wir in die Zukunft der nachhaltigen Technik blicken, wird deutlich, dass die Antworten auf unsere modernsten Probleme bereits gefunden wurden … auf natürliche Weise.
Wir brauchen nur die richtigen Werkzeuge, um die Entwürfe umzusetzen.
P.S. – Immer noch neugierig? Dann lies diesen Artikel auf Biomimikry und die Zukunft von Oberflächen
