Internationaler Studiengang Bionik (B. Sc.)
Inter-nationaler Studiengang Bionik (B. Sc.)
BACHELORARBEITEN
BACHELOR-ARBEITEN
Zum Abschluss ihres Studiums, müssen Studierende des ISB eine Bachelorarbeit (Modul Bachelor-Thesis) schreiben und in einem Kolloquium vorstellen und verteidigen.
Themen können in Absprache mit den Betreuenden bzw. Gutachtern aus dem Studiengang frei gewählt werden. Einige Themen werden vom B-I-C angeboten und sind in aktuell laufende Forschungsprojekte integriert. Es ist ebenfalls möglich sich einen Kooperationspartner aus der Industrie oder einer anderen Forschungseinrichtung zu suchen.
Nachstehend geben wir eine kurze Zusammenfassung ein paar repräsentativer Arbeiten, die seit Beginn des Studienganges verfasst wurden.
Stefanie Wuttke, eine Absolventin des ISB, über die hohe Frustrationstoleranz, die man also Bioniker:in beim experimentellen Arbeiten haben muss.
GREEN UP YOUR FUTURE ist ein Ausstellungsprojekt von BIOKON e.V. und Green Economy Academy e.V. zu Jobs mit „Greening“-Potenzial.
Kerbspannungsreduzierung nach Diatomeen-Vorbild
Kerbspannungs-reduzierung nach Diatomeen-Vorbild
Abb.: I. Ciomber
Diatomeenskelette sind sowohl stabile als auch leichte Strukturen mit einer sehr großen Formenvariation. Sie dienen der Bionikforschung immer wieder als Inspirationsquelle für statische Verbesserungen.
ISB - Bachelorarbeiten
Ciomber, I. (2013):
Kerbspannungsreduzierung durch Geometriemodifikation nach Vorbild pennater Diatomeen.
Bachelorarbeit im ISB in Kooperation mit dem Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven
Das Skelett schützt die Diatomee vor Fressfeinden, dennoch darf es nicht zu massig werden, da die Diatomeen sonst abzusinken drohen. Skelette von pennaten Diatomeen besitzen darüber hinaus Durchbrüche, die unweigerlich in rissgefährdeten Kerben enden müssten, wenn sie sich nicht durch eine spezielle Formgebung vor Spannungsmaxima an diesen Enden schützen würden.
Riss-Ausläufer aus dem Meer
Spannungsmessung von N. menisculus und F. saxonica zur Modifizierung der ursprünglichen Spannungshöhe (Quelle: I. Ciomber).
Die Zielsetzung der Studie war daher, die Durchbruch-Enden verschiedener Diatomeen auf ihr Potential zur Spannungsminimierung zu untersuchen, um eine Alternative zur bisherigen technischen Lösung – dem Aufbohren – zu haben.
Wenn für eine unter Zugbelastung stehende Platte mit unmodifiziertem „Riss“ die Spannung im Kerbgrund auf 100% gesetzt wird, dann kann ein Aufbohren auf die doppelte Rissbreite die Spannung immerhin auf 75% reduzieren.
Ein nach N. menisculus modifiziertes Kerbende reduziert auf 62% und ein nach F. saxonica modifiziertes sogar auf 35% der ursprünglichen Spannungshöhe.
Eine Anwendung solcher Modifikationen käme dabei nicht ausschließlich bei Rissen in Frage. Auch Nahtgeometrien beim Schweißen könnten so in ihrem Auslauf optimiert werden.
Quelle: Ciomber I. (2013): Kerbspannungsreduzierung durch Geometriemodifikation nach Vorbild pennater Diatomeen. Bachelorarbeit, Internationaler Studiengang Bionik, Hochschule Bremen, unpubliziert.
Optimierung von Verbundwerkstoffen mittels unidirektionaler Textilstrukturen
Bachelorarbeit in der AG Biologische Werkstoffe im ISB der Hochschule Bremen
Abb.: NFK mit asymmetrischer Schichtung und Einbringung von 45°-Lagen. (A. Dentel)
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Rohr aus Hanffasern mit einem biobasierten Kunststoff (Polylactid) hergestellt.
ISB - Bachelorarbeiten
DENTEL, A. (2011):
Der Papiermaulbeerbaum Broussonetia papyrifera als Vorbild für die Entwicklung unidirektionaler Textilstrukturen für optimierte Verbundwerkstoffe.
Bachelorarbeit in der AG Biologische Werkstoffe im ISB der Hochschule Bremen
Die Problematik von Naturfasern besteht darin, dass sie im Gegensatz zu industriell hergestellten Fasern nicht mit einer endlosen Faserlänge vorliegen und bestehende Wickeltechniken, wie sie für Glas- oder Carbonfasern zum Einsatz kommen, nicht angewendet werden können. Zur Lösung dieses Problems wurde die Struktur des asiatischen Papiermaulbeerbaumes Broussonetia papyrifera vent. genauer untersucht. Die längenbegrenzten Bastfasern ummanteln den zylindrischen Stamm. Der Aufbau des Bastes folgt einer Kombination von innerhalb einer Ebene orientierten und zueinander versetzen Schichten, die durch lokale Klebepunkte zusätzlich lagestabil fixiert sind.
Mit Hilfe der aus der Charakterisierung des Bastes B. papyriferas gewonnen Erkenntnisse, wie der lagestabilen Fixierung der Fasern sowie der Ausrichtung der Fasern, wurde ein Hanffaserverbundwerkstoff entwickelt. Dieser Verbundwerkstoff war dazu geeignet, zu einem hohen Belastungen standhaltendem, leichten und biodegradierbaren Rohr verarbeitet zu werden (siehe Abb. oben).
Der Werkstoff könnte in höher belastbaren Bauteilen, wie z. B. in der Möbel- und Konsumgüterindustrie, eingesetzt werden.
Quelle: Dentel A. (2011): Der Papiermaulbeerbaum Broussonetia papyrifera als Vorbild für die Entwicklung unidirektionaler Textilstrukturen für optimierte Verbundwerkstoffe. Bachelorarbeit, Internationaler Studiengang Bionik, Hochschule Bremen, unpubliziert.
Lernen von den Kleinsten
Bachelorarbeit im ISB in Kooperation mit dem Max-Planck-lnstitut für Marine Mikrobiologie in Bremen
Abb.: B. Löffler
Bereits seit etwa 4 Milliarden Jahren besiedeln Mikroorganismen die Erde und haben dabei alle Biotope erobert. Aus Sicht der Bionik repräsentieren sie „lebende Brennstoffzellen“.
ISB - Bachelorarbeiten
Löffler, B. (2007):
Nitrifizierende Biofilme als Inspiration für energetische Innovationen.
Bachelorarbeit im ISB in Kooperation mit dem Max-Planck-lnstitut für Marine Mikrobiologie in Bremen
Heute repräsentieren Mikroorgansimen den Hauptanteil der Biomasse auf der Erde und sind essentieller Bestandteil der biologischen Stoffwechselkreisläufe, wie etwa bei der Bereitstellung von Stickstoff für den Aufbau der Proteine. Damit ist ihre Stoffwechselleistung für das Leben auf der Erde ebenso bedeutsam wie die Photosynthese der Pflanzen.
Darüber hinaus haben Mikroben biochemische Prozesse entwickelt, die es erlauben, aus nahezu allen Substraten unter den widrigsten Umgebungsbedingungen Energie zu gewinnen. Nicht umsonst stehen die chemischen Kreislaufprozesse von Mikroorganismen daher seit geraumer Zeit im Fokus des Interesses.
Aus Sicht der Bionik repräsentieren sie „lebende Brennstoffzellen“ mit einem immensen Innovationspotenzial hinsichtlich regenerativer Energiequellen. Aber auch die Kreislaufwirtschaft und die Vermeidung bzw. Wiederaufbereitung von Abfallprodukten finden hier vielfältige Vorbilder.
Dabei beeindruckt nicht zu letzt die immense Anpassungsfähigkeit des mikrobiellen Stoffwechselkreislaufs, notwendige Voraussetzung zur Verwertbarkeit von stark inhomogenen Substraten wie etwa Klärschlämmen, die für technische Brennstoffzellen aktuell nicht nutzbar sind.
Quelle: Löffler, B. (2007): Nitrifizierende Biofilme als Inspiration für energetische Innovationen. Bachelorarbeit, Internationaler Studiengang Bionik, Hochschule Bremen, unpubliziert.