Bionik im Fahrzeugbau: Die Natur als Vorbild

Die Möglichkeiten der Bionik sind immens. "Es gibt eigentlich kein Feld, wo es nicht eingesetzt werden könnte", sagt Oliver Schwarz, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Bionik bezeichnet die Wissenschaft von Phänomenen der Natur, die auf die Technik übertragen werden.

Laut Schwarz lässt sich im Fahrzeug fast jede Komponente und Komponentenschnittstelle mit der Bionik-Brille betrachten und optimieren – sowohl im Exterieur als auch im Interieur. Als Beispiele dafür nennt er die Luftführung zur Motorkühlung, die Aerodynamik und die Verbindungstechnik. "Großes Potenzial liegt in der Materialentwicklung für Außenhaut, Karosserie und Interieur im Hinblick auf ökologische Nachhaltigkeit, Leichtigkeit und mechanische Eigenschaften."

Die Fahrzeughersteller beschäftigen sich bereits seit Längerem mit Bionik. Am Versuchsträger Vision EQXX setzt Mercedes-Benz etwa eine Heckkonstruktion ein, die im Vergleich zu einem konventionell entwickelten Bauteil 15 bis 20 Prozent Gewicht einsparen soll.

Wettbewerber BMW arbeitet im Werk Landshut mit nach bionischem Vorbild gestalteten Doppelgreifern, die mittels 3-D-Druck individuell hergestellt wurden. Der Greifer ist im Vergleich zum Vorgänger 25 Prozent leichter. Der Herstellungsprozess eines CFK-Dachs für den BMW M3 lässt sich so mit nur einem statt zuvor drei Robotern realisieren.

Einen zwar untergeordneten, aber nicht zu vernachlässigenden Aspekt der Bionik sieht Schwarz in der Ästhetik des Gesamtfahrzeugs als Verkaufsargument. Organische Formen, die auch mit Funktionen hinterlegt sind, könnten sich positiv abheben von aus seiner Sicht "immer aggressiveren Fahrzeugdesigns, die aber nicht mit funktionellen Vorteilen verbunden sind".

Schwarz ist sich sicher, dass die Herstellungstechnologien von "bioanalogen Formen und Strukturen" die Fabrik der Zukunft sehr stark verändern werden. Auch beim Layout solcher Zukunftsfabriken lohne es, sich an biologischen Produktions- und Logistikprozessen zu orientieren. Er sieht es als erwiesen an, dass dies die Effizienz bei bereits konventionell ausoptimierten Produktionsstraßen weiter steigern kann.

Laut Schwarz sind bionische Ansätze auf dem Weg zu energieeffizienten Fahrzeugen zwingend – gerade bei der Entwicklung von Leichtbaufahrzeugen. Dabei sollte mit Verbundmaterialien gearbeitet werden, um extrem stabil und zugleich leicht zu bauen. "Das ist sozusagen ,Bionik light'." Tiefer gehende Bionik-Anwendungen sind für ihn, multifunktionelle und hoch integrierte Komponenten und Strukturen im Auto zu verwenden, um Material intelligent mehrfach zu nutzen und damit Masse einzusparen.

Schwarz betont, dass die Autoindustrie bereit sein müsse, den Aufbau eines Fahrzeugs grundlegend neu zu denken. "Es reicht nicht, eine existierende Karosserie ein bisschen zu ,bionisieren'."

Richard Kordaß, Leiter des Innovationsbereichs Digitalisierung bei Edag Engineering, setzt ebenfalls auf bionische Prinzipien. Dadurch lassen sich, inspiriert durch effiziente Strukturen in der Natur, steigende Fahrzeuggewichte kompensieren. Dies führe nicht nur zu einer besseren Energieeffizienz, sondern auch zu leistungsfähigeren Fahrzeugen.

Zudem könnten automatisierte Entwicklungsprozesse, die sich an Systemen der Natur orientieren, die Entwicklungszeit signifikant reduzieren und für mehr Effizienz sowohl bei den Entwicklungsprozessen als auch den damit entwickelten Bauteilen sorgen.

Auch Kordaß sieht dank Bionik Verbesserungspotenzial in der Fabrik. In der Ausrüstung ließen sich die Handling- und damit Herstellzeiten verringern. Edag war auch am im Juni 2024 abgeschlossenen Projekt "Bikini" beteiligt. Dort wurde der Einsatz von KI in der Bionik untersucht, um in der Produktentwicklung einen ressourceneffizienten Leichtbau zu erreichen.

Alle Forschungsansätze aus dem Projekt seien inzwischen weitergeführt worden. Nun gelte es im nächsten Schritt, damit auch Kundenprojekte zu durchdringen. "Aus Sicht eines Ingenieurdienstleisters wie Edag wäre hier die intensivere Nachfrage der Kunden nach solchen Lösungen wünschenswert, um Flottengewichte zu reduzieren."