B-I-C ForschungsProjekt
SUVA
Schutzausrüstung und Unterstützungsstrukturen nach Vorbild der Arthropoden
Wie lassen sich Schutzausrüstungen beweglicher, komfortabler und zugleich stabiler gestalten? Im BMBF-geförderten Projekt SUVA werden Exoskelette von Arthropoden als biologisches Vorbild genutzt, um faltungsarme, leichte und hochfunktionale Materialien für Orthesen, Prothesen und Protektoren zu entwickeln – in enger Kooperation mit starken Partnern aus Forschung und Industrie.
Die Herausforderung: Schutz, der Bewegung standhalten muss
Persönliche Schutzausrüstung wie Orthesen, Prothesen und Protektoren übernehmen eine zentrale Rolle in Medizin, Rehabilitation und Arbeitssicherheit. Gleichzeitig stoßen heutige Systeme bei dynamischer Belastung an konstruktive Grenzen: Insbesondere Verbindungselemente gelten als strukturelle Schwachstellen, und die unvermeidbare Bewegung des Körpers führt häufig zur Bildung von Falten und Materialaufwerfungen. Diese beeinträchtigen nicht nur die Funktion, sondern auch Komfort, Passform und Akzeptanz durch die Anwender:innen.
Bisherige Lösungsansätze setzen meist auf dünne, flexible, mattenartige Protektorenmaterialien mit segmentierten Elementen. Trotz dieser Entwicklungen bleibt das Problem der unkontrollierten Faltenbildung bislang ungelöst – ein relevanter Innovationsbedarf für Industrie und Medizintechnik.
Der bionische Ansatz: Lernen vom Exoskelett der Arthropoden
Genau an diesem Punkt setzt das BMBF-geförderte Forschungsprojekt SUVA an. Im Zentrum steht die Analyse der Gelenk- und Strukturprinzipien von Arthropoden-Exoskeletten. Diese biologischen Schutzsysteme verbinden hohe Stabilität mit ausgezeichneter Beweglichkeit – und das ohne störende Materialfalten.
Die natürlichen Strukturen zeigen, wie Lasten verteilt, Gelenkbewegungen geführt und Deformationen kontrolliert werden können. Diese Prinzipien werden im Projekt systematisch untersucht und in technisch umsetzbare, bionisch inspirierte Konstruktionskonzepte überführt.
microCT-Aufnahme eines Heuschreckenbein-Gelenks mit deutlich zu erkennender Faltenbildung in der Kutikula (Quelle: Christoph Bruns, Hochschule Bremen)
Eine hochaufgelöste Analyse der Kutikula zeigt charakteristische Mikrofalten, welche durch die Ultrastruktur der Kutikula erzeugt werden. (Quelle: B-I-C)
Die Umsetzung: Neue Materialien für die Schutzausrüstung von morgen
Ziel des SUVA-Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Materials für Schutzausrüstung, das Faltenbildung gezielt minimiert und kontrolliert. Hierfür werden verschiedene Fertigungsverfahren kombiniert, darunter 3D-Druck, Tiefziehen und Laminiertechniken. Das entstehende Material soll gegenüber bestehenden Lösungen deutliche Vorteile in Gewicht, Tragekomfort, Bewegungsfreiheit und Nutzerakzeptanz bieten.
Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit starken Partnern aus Forschung und Industrie realisiert: dem Fraunhofer IPA (Stuttgart), der Universität Stuttgart, der Ortema GmbH sowie der DOI GmbH. Diese interdisziplinäre Kooperation stellt sicher, dass die entwickelten Konzepte nicht nur wissenschaftlich fundiert, sondern auch praxisnah und industriell verwertbar sind.
Das SUVA-Forschungsprojekt wurde wurde im Rahmen des „Ideenwettbewerbs Biologisierung der Technik“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Neben der Hochschule Bremen war das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), die Universität Stuttgart sowie die Industriepartner Ortema GmbH und DOI ortho-innovativ GmbH an diesem Projekt beteiligt.
Mitarbeitende
Prof. Dr. Jan-Henning Dirks
Christoph Bruns (M. Sc.)