Biologische Transformation in der Produktion

Die Biologische Transformation bietet große Potenziale für Unternehmen in Richtung eines nachhaltigen Wirtschaftens.

Durch die intellligente Nutzung von Materialien, Strukturen und Prinzipien der belebten Natur in der Technik zielt die Biologische Transformation darauf, zukünftige Lösungsansätze für nachhaltige Wertschöpfungskonzepte durch eine Konvergenz verschiedener Disziplinen hervorzubringen.

Digitale Technologien verändern unsere Fertigungsprozesse und die Produktentwicklung grundlegend. Effiziente und intelligente Sensorik, taktiles Internet und Fortschritte in der Entwicklung einer sicheren Datenkommunikation ermöglichen die Verknüpfung der digitalen und der physischen Welt im industriellen Kontext. Die aus digitalen Prozessen resultierende Erhöhung von Vernetzung und Produktivität bedeutet jedoch auch eine erhebliche Zunahme des Ressourcenbedarfs. Eine nachhaltige Wertschöpfung, mit der Absicht unseren Lebensstandard zu halten und natürliche Ressourcen nicht zu verbrauchen, erfordert nachhaltige Produktionsweisen und innovative Zukunftstechnologien.

Der Prozess der Biologischen Transformation kann sich mit steigender Komplexität in den drei komplementären Pfaden Inspiration, Integration und Interaktion vollziehen (Bauernhansl et al. 2019).

Am geläufigsten ist der Entwicklungsmodus der Inspiration, bei welchem im Zuge der Evolution, über Millionen von Jahren hinweg, optimierte Phänomene der Natur auf die Technik übertragen werden. Mit diesem Ansatz der klassischen Bionik finden beispielsweise Entwicklungen im Bereich von Strukturen und Materialien (z.B. Leichtbau), Funktionalitäten (Biomechanik) oder Organisationslösungen (Schwarmintelligenz) statt.

Im Modus der Integration werden biologische Prozesse und Systeme in Produktionssysteme eingebettet. Somit werden biologische Komponenten (z. B. Proteine) oder Organismen (z.B. Zellen oder Bakterien) Teil der technischen Maschinerie. Ein Anwendungsbeispiel ist die biotechnologische Herstellung von Materialien oder pharmazeutischen Molekülen, die wie in Biosensoren als Sensoreinheiten mit der Mikroelektronik verbunden sind.

Die Wertschöpfung von morgen dagegen basiert auf der Interaktion zwischen den technischen, informatorischen und biologischen Systemen und deren Fähigkeit miteinander zu kommunizieren. Sie verfolgt das Ziel einer Selbstoptimierung wodurch absolut neue autarke Produktionstechnologien und -strukturen geschaffen werden können. Beispielhaft ist die Kommunikation zwischen lebenden Nerven und elektronischen Schaltkreisen in Neuroprothesen oder Gehirncomputern.

Das Zusammenspiel von Digitalisierung und der Biologischen Transformation sowie die damit verbundene gesteigerte interdisziplinäre Zusammenarbeit der verschiedenen Wissenschaftsbereiche eröffnen die Möglichkeit für völlig neue Ansätze und Innovationen entlang eines Produktlebenszyklus.

Als Querschnittskompetenz des Fraunhofer IGCV vereint die Biologische Transformation verschiedenen Elemente unserer Wissenschaftsbereiche. Forscherinnen und Forscher arbeiten an interdisziplinären Lösungen, die Prozesse, Prinzipien und Materialien aus der Natur systematisch in die Technik übertragen und industrielle Anwendungen insbesondere im Bereich des Leichtbaus auf ein neues Level heben.