BioFusion 4.0

Unter der Biologischen Transformation wird die Übertragung von Prinzipien natürlicher Systeme auf technische Materialien, Strukturen und Prozesse verstanden. Ziel ist es, eine nachhaltige Wertschöpfung zu erreichen. Kurz gesagt geht es um die Integration biologischer Prinzipien in die Industrie 4.0.

Wesentliche Konzepte der Biologischen Transformation sind Inspiration (Lernen von der Beobachtung der Natur für die Anpassung von Technik), Integration (Symbiose technischer Systeme nach biologischem Vorbild) und Interaktion (Verflechtung der Natur mit der Technik).

Die sich ergebende neue Wertschöpfung muss systemisch verstanden werden. Im Projekt BioFusion 4.0 ergründen die Forschenden die Abhängigkeiten zwischen den Prinzipien der Biologischen Transformation und deren Wechselwirkungen mit Produktion, Dienstleistung und Arbeit.

Beschreibt die zirkuläre Bioökonomie etwas übergeordnet die ökonomischen Rahmenbedingungen einer nachhaltigen Industrie, gehen die Forschungsfelder der Biomimikry und Biotechnologie einen Schritt tiefer, indem sie technologische Innovationen abgeleitet aus der Natur hervorbringen.

Zusammengebracht werden die Konzepte dann in der Biologischen Transformation, worunter man die zunehmende Nutzung von Materialien, Strukturen und Prinzipien der belebten Natur in der Technik mit dem Ziel einer nachhaltigen Wertschöpfung versteht. Diese systematische Anwendung von Wissen über biologische Prozesse führt im Kontext der Wertschöpfung zu einer zunehmenden Integration von Produktions-, Informations- und Biotechnologie mit dem Potenzial, künftige Produkte, Herstellprozesse, Organisationen, sowie die Lebensweise der Menschen insgesamt tiefgreifend zu verändern. Dabei verläuft die Biologische Transformation in drei komplementären Entwicklungsmodi:

1. Bioinspiration
   Die Übertragung biologischer Phänomene auf das Design von Produkten und Fertigungstechnologien (z. B. Leichtbau, Schwarmintelligenz, Kreislaufprinzipien)
2. Biointegration
   Die Integration biologischer Materialien, Strukturen, Prozesse in Produktionssysteme (z. B. Substitution chemischer durch biologische Prozesse)
3. Biointeraktion
   Schaffung neuer, biointelligenter Wertschöpfungs- und Produktionstechnologien durch die Interaktion technischer, informatorischer und biologischer Systeme (z. B. Mensch-Technik-Schnittstellen, Biocomputing)

Mit dem Ziel, die Abhängigkeiten zwischen den genannten Prinzipien der biologischen Transformation und deren Wechselwirkungen mit Produktion, Dienstleistung und Arbeit zu verstehen, beschäftigte sich das Forschungsprojekt „BioFusion 4.0“ unter der Leitung des Fraunhofer IPK in Berlin. Im Kern wurden dabei in Zusammenarbeit mit verschiedenen Technologie- und Anwendungspartnern Lösungen für eine bioinspirierte, biointegrierte und biointelligente Wertschöpfung in den Anwendungsbereichen des Maschinen- und Anlagenbaus (Automobil- und Elektroindustrie) sowie der Entsorgungswirtschaft entwickelt.

Erhalten Sie einen Einblick in einen Meilenstein unseres Projektes – unsere dritte Zukunftswerkstatt:

Projektüberblick

Laufzeit
01.03.2021 – 31.05.2024

Ziele

• Lösungen für die nachhaltige Biologische Transformation der Produktion entwickeln
• Diese anhand von industriellen Anwendungsfällen diskreter Produkte demonstrieren
• Konkrete Umsetzungshilfen ableiten, die auf andere Technologiebereiche, Branchen und Regionen übertragbar sind

Konsortium

• Neun Industriepartner für Technologie und Anwendung
• Zwei Forschungspartner
• Zwei assoziierte Partner

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Starke Partner für die Zukunft des Produktionsstandorts Berlin

Im ersten Schritt wendeten die Forschenden die Prinzipien der Biologischen Transformation an, um Zukunftsszenarien für den Berliner Produktionsstandort zu entwerfen. Darauf aufbauend entwickelten sie in enger Abstimmung mit den Industriepartnern Modelle und Methoden, um diese Szenarien zur Realität zu machen.

Die entwickelten Lösungen wurden bei der Mercedes-Benz AG am Standort Berlin, dem Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science e.V. (WvSC) sowie den kleinen und mittleren Unternehmen (KMU), die als Anwendungspartner Teil des Konsortiums sind, erprobt. Außerdem wurden in sieben unterschiedlichen Anwendungsfällen passende Werkzeuge und Prozesse entwickelt. Daraus entstand ein integrierter Technologiedemonstrator für eine bioinspirierte, biointegrierte und biointelligente Wertschöpfung.

Die industriellen Anwendungsbereiche des Vorhabens sind – neben dem Maschinen- und Anlagenbau und der Entsorgungswirtschaft – insbesondere Produkte und Prozesse entlang der Wertschöpfungskette von:

• Batteriesteuerungsmodulen für batterieelektrische Fahrzeuge,
• Fahrzeug-Komponenten,
• Hochtemperatursystemen von Gasturbinen,
• Elektrischen Antrieben für die industrielle Anwendung und
• Robotik-Automatisierungslösungen.

Die Anwenderunternehmen erhoffen sich nachhaltigere, insbesondere ressourcenschonende und ergonomische Produktion durch die entwickelten Lösungen:

• Geschäftsmodelle für die Biologische Transformation
• Intelligente Rückführung von Wertstoffen
• Engineering biologisch transformierter Produkte
• Bionische Integration für vernetze Produktionssysteme
• Ökologisch intelligente Services für die Produktion
• Biointelligente Werker-Assistenzsysteme
• Additive Fertigung mit biogenen und abbaubaren Polymeren

Die Technologieunternehmen planen, die entwickelten Lösungen in ihr Produktportfolio aufzunehmen und so ihre Kunden zu nachhaltiger Produktion zu befähigen und ihren Marktanteil zu steigern bzw. neue Zielkunden zu erreichen. Durch die Diversität der untersuchten Fälle und beteiligten Partner ist sichergestellt, dass sich die Ergebnisse auf viele Anwendungen übertragen lassen.

• Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK: Konsortialleitung
• Technische Universität Berlin: Forschungspartner
• Mercedes-Benz AG, Werk Berlin: Anwendungspartner
• Bral Reststoff-Bearbeitungs GmbH: Assoziierter Anwendungspartner
• budatec GmbH: Anwendungspartner
• Arburg GmbH: Technologiepartner
• COLLIN Lab & Pilot Solutions GmbH: Technologiepartner
• Contact Software GmbH: Technologiepartner
• GreenDelta GmbH: Technologiepartner
• Klero GmbH Roboterautomation: Anwendungspartner
• ModuleWorks GmbH: Technologiepartner
• 5thIndustry GmbH: Technologiepartner
• Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science e.V.: Assoziierter Partner

Förderhinweis
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert und vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT), betreut.