Klettverschlüsse, Lotus-Effekt und Flugzeugflügel sind einige Beispiele, wie Bionik technische Aufgaben lösen kann. Denn die Natur bietet faszinierende Antworten auf alltägliche Herausforderungen. „Dabei ist sie meist sehr effizient“, sagt Dr. Harald Kuolt, Leiter der Forschungsprojekte bei der J. Schmalz GmbH in Glatten. „Wir haben nach natürlichen Saugverfahren gesucht, um unsere eigenen Vakuumsysteme zu verbessern.“
Vakuumsaugen und mechanisches Greifen kombiniert
Fündig wurde das Unternehmen bei Blutegeln. Sie besitzen mit ihren beiden Saugorganen am vorderen und hinteren Ende die Fähigkeit, sich an unterschiedlichen Oberflächen festzuhalten. Ob schleimig oder porös, ob unter oder über Wasser – dank der Kombination aus Saughaftung und mechanischem Greifen beziehungsweise Verklammern können sie sich sicher an ihre Wirte heften.
Zusammen mit der Universität Freiburg startete Schmalz ein Projekt, um die biologischen Haftungssysteme besser zu verstehen. „Wir untersuchten die Funktionsmorphologie und Biomechanik der Blutegel“, beschreibt Prof. Thomas Speck. Er leitet die Arbeitsgruppe „Botanik – funktionelle Morphologie und Bionik“ an der Universität Freiburg.
Nach manuellen Abzugsversuchen bauten die Forschenden rotierende Systeme und ermittelten, bei welcher Fliehkraft sich die Blutegel von der jeweiligen Oberfläche lösen. „Wir betraten Neuland und entwickelten hierfür spezielle Versuchsaufbauten, um die Haftkräfte der Blutegel zu messen“, schildert Speck. In einem aktuellen Forschungsvorhaben untersucht das Team die Anatomie des Saugorgans, das aus muskelgesteuerten Saug-, Abdicht- und Greiflippen besteht. „Das Verständnis des Form-Struktur-Funktions-Zusammenhangs des Saugorgans ist essenziell für weiterführende Abstraktions- und Umsetzungsschritte für neue, bionisch optimierte Systeme von Schmalz“, erläutert Dr. Simon Poppinga, der an der Technischen Universität Darmstadt die biologische Grundlagenforschung am Modellorganismus leitet.
Sauggreifer – vom Aquarium in die Industrie
Kuolt berichtet weiter über das Forschungsprojekt: „Unsere Vorentwicklung hat daraufhin einen Prototyp gefertigt, der sich von unserem Standard-Sortiment unterscheidet.“ Zum einen verläuft die Dichtlippe in eine andere Richtung als bei üblichen Saugern. Zum anderen passte Schmalz die Krümmungsradien an und kombiniert harte und weiche Materialien. „Wir konnten das Totvolumen reduzieren und damit deutlich schneller evakuieren“, freut sich der Forschungsleiter. „Unser Ziel ist, dass der neue Sauger in Bezug auf Halte- und Scherkräfte sowie Abdichtverhalten besser performt als die üblichen Modelle. Außerdem soll er sich industriell fertigen lassen.“ Und auch sein Carbon Footprint müsse sich an bisherigen Saugern messen.
Derzeit stehen zwei Varianten im Fokus, die Schmalz weiter optimiert. Durch die kurzen Evakuierungszeiten sparen die neuen Modelle Energie ein. Sie dichten auf rauen Oberflächen besser ab und überzeugen durch hohe Standzeiten. Dank der neuen Struktur der Dichtung sollen sie auch auf unebenen oder empfindlichen Oberflächen einen sicheren Halt gewährleisten. „Die Sauger müssen prozesssicher in Standardapplikationen funktionieren“, sagt Kuolt. Denn der Spezialist für Vakuum-Automation möchte kein System für wenige Spezialfälle entwickeln.