Bio-inspiriertes Design ist ein relativ neuer Begriff. Weit verbreitete Begriffe sind Biomimetik und Biomimikry. Bio-inspiriertes Design wurde verwendet, um innovative technische Lösungen in nahezu jedem Ingenieurwesen zu entwickeln. Als die Idee, biologische Systeme systematisch zu analysieren, Mitte des 20. Jahrhunderts als Bionik aufkam, lag der Hauptfokus auf Steuerungs- und Kommunikationssystemen (Keto 1960). Keto (1960) schlug vor, bio-inspirierte Steuerung und Kommunikation in Elektronik, Luftfahrt und Navigation anzuwenden. Historische Beispiele für bio-inspiriertes Design umfassen jedoch bereits weitere Anwendungsbereiche. Zum Beispiel wurden die Aerodynamik biologischer Systeme häufig als Modelle zur Konzeptualisierung von Fallschirmen oder frühen Flugmaschinen betrachtet (Nachtigall und Wisser 2015, S.6). Moderne Beispiele für bio-inspiriertes Design werden in technischen Bereichen wie Maschinenbau, Architektur, Industriedesign, Softwareentwicklung, Robotik, Medizintechnik usw. angewendet.

Die Integration von Augmented Reality (AR) revolutioniert diesen Prozess, indem sie Lernenden ermöglicht, mit biologischen Systemen in immersiven 3D-Umgebungen zu interagieren. Studierende können biomimetische Prozesse visualisieren, reale Anwendungen simulieren und mit AR-Tools an innovativen Projekten zusammenarbeiten. Diese Verbindung von Technologie und Natur verbessert das Verständnis, die Kreativität und die Problemlösungskompetenz im MINT-Unterricht.

Trotz ihres hohen Innovationspotentials stellt die Anwendung von bio-inspiriertem Design Herausforderungen dar. Hauptprobleme sind disziplinäre Barrieren, d.h. die Ziele, Arbeitsansätze und die Tatsache, dass die Sprache der Biologie und der technischen Produktentwicklung grundlegend verschieden sind. Biologie ist eine Naturwissenschaft; sie zielt darauf ab, lebende Systeme zu verstehen. Technische Produktentwicklung bzw. Ingenieurdesign zielt darauf ab, technische Systeme zu entwickeln. Der Unterschied zwischen dem biologischen Ziel des Verstehens und dem technischen Ziel der Entwicklung spiegelt die unterschiedlichen Arbeitsansätze von Biologen und Ingenieuren wider. Dieser Konflikt verursacht häufig Probleme im bio-inspirierten Design.

Tabelle 1. 10 erstaunliche Aspekte des bio-inspirierten Designs, (Hashemi Farzaneh, 2019)

10 erstaunliche Aspekte des bio-inspirierten Designs

Spezifikation

Fülle biologischer Lösungen

Bietet einen riesigen Pool möglicher Lösungen für technische Probleme.

Digitale Datenbanken bieten Zugang zu mehreren Tausend biologischen Inspirationen.

Optimierung

Ist ein biologisches System optimiert, ist auch das bio-inspirierte Design optimiert.

Synergieeffekte und Transdisziplinarität

Die technische Biologie ist eine Voraussetzung für bio-inspiriertes Design

Integration von Material, Form und Funktion

Form folgt Funktion: Biologische Systeme realisieren Funktionen oft auf mehreren Ebenen durch sowohl Verbundmaterialeigenschaften als auch Formen.

Entdeckung jenseits des Menschlichen

Viele biologische Lösungen mit hohem Potenzial für technische Anwendungen

Flexibilität des bio-inspirierten Designs

Flexibler Designansatz

Großes Anwendungsspektrum

Verschiedene Designmethoden

Nachhaltigkeit (oder nicht?)

Umweltfreundlich

Biodiversität

Bio-inspiriertes Design kann eine positive gesellschaftliche Wirkung haben

Biologisierung

Traditionelle Naturwissenschaften neben technischen und ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen bewältigen einige der größten Herausforderungen: Energieverbrauch und nachhaltige Wirtschaft

Multifunktionalität biologischer Systeme

Biologische Systeme müssen mehrere Funktionen mit begrenzten Ressourcen erfüllen