04.23

So! Wir freuen uns, nun den ersten prompd-Reader im neuen Format zu präsentieren. Wie bereits angekündigt, erscheint der Reader ab sofort im monatlichen Rhythmus – und mit jeweils wechselnden Schwerpunkten.

Dieses Mal geht es im Schwerpunkt um das Theme „Frugale Innovation“. Im NEXT-Experteninterview fragen wir Dr. Uwe Schleinkofer, dem Leiter des Zentrums für frugale Produkte und Produktionssysteme, was es mit diesem Prinzip so auf sich hat und warum entsprechende Konzepte sinnvoll sein können. Und zum Abschluss bietet CHARGE wie immer einen Überblick über Literatur, Events und Awards. Wir beginnen aber mit FEED, also handverlesenen Einblicken in designrelevante Projekte der Forschungs-Community.

Du siehst das Interview nicht? Das NEXT-Interview haben wir exklusiv für unsere Member produziert – daher haben die Paywall. Du kannst die aber ganz elegant umgehen, in dem du Member wirst. Auf unserer Website (Opens in a new window) erfährst du, wie einfach das geht.

Wir freuen uns auf dein Feedback zum neuen Format!

Viele Grüße
Armin Scharf & Martin Krautter

#Sensorik #Drohnen #Bionik

Bio-Sensoren aus der Luft

Foto: Empa

Empa-Forscher des 'Sustainability Robotics' Labors haben kostengünstige und nachhaltige Sensoren und Fluggeräte entwickelt, die Daten über den Zustand des Waldbodens sammeln können. Diese Fluggeräte, Bio-Gleiter genannt, sind energiesparend unterwegs, agieren engmaschig sowie autonom – auch in unzugänglichen Gebieten. Die Bio-Gleiter sind dem Flugsamen der Java-Gurke nachempfunden, bestehen aus Kartoffelstärke und sind biologisch abbaubar. Ein Gleiter wiegt lediglich 1,5 Gramm und hat eine Spannweite von 14 Zentimetern.

Eine Drohne setzt die smarten Sensor-Samen über dem Messgebiet aus, Regen veranlasst dann die Sensoren, sich wie eine Blüte zu öffnen und die Messung zu starten. Momentan misst der Sensor bei jedem Regen den pH-Wert mittels des klassischen Lackmus-Tests. Der aus Flechten gewonnene Farbstoff schlägt bei Säure-Anwesenheit von Violett zu Rot um, was eine überfliegende Drohne registriert. Unter Laborbedingungen zersetzt sich nach sieben Tagen der Gleiter, nach weiteren drei Wochen der Sensor selbst.

Auf den pH-Biosensor sollen weitere Sensortypen folgen, um beispielsweise den Zustand von Bäumen, Gewässern und Böden in Echtzeit ermitteln.

Empa | Laboratory of Sustainable Robotics | www.empa.ch (Opens in a new window)
Fabian Wiesemüller | +41 58 765 6549 | fabian.wiesemueller@empa.ch (Opens in a new window)

#Biopolymere #Fasern #Zellulose

Faserverbund aus Biopolymeren

Fotos: DITF

Die Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) arbeiten mit Projektpartnern an der Entwicklung eines neuen Faserverbundwerkstoffs namens ‚Cellun‘, der Verstärkungsfasern aus Zellulose enthält. Die Matrix des Werkstoffs ist ein thermoplastisches Zellulosederivat, das sich mit industriellen Verfahren wie Heißpressen oder Pultrusion verarbeiten lässt. ‚Cellun‘ aus nachwachsenden Biopolymeren ersetzt Glas- oder Carbonfasern in industriellen Formteilen. Die ‚Cellun‘-Werkstoffe dienen als umweltfreundliche, ressourcenschonende und kostengünstige Alternative zu etablierten Verbundwerkstoffen im Leichtbau- und Automotivsektor.

‚Cellun‘ wird im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Verbundprojekts zur industriellen Reife weiterentwickelt. Dazu gehört die vollständigen Kreislaufführung des ‚Cellun‘-Materials. Zum einen lassen sich Formteile ohne Qualitätsverlust thermisch umformen, zum anderen lässt sich das Material chemisch in die einzelnen Komponenten zu trennen und wieder zu 100 Prozent als neue Ausgangsmaterialien einsetzen. 

DITF | Kompetenzzentrum Biopolymerwerkstoffe | www.ditf.de (Opens in a new window)
Dr. rer. nat. Frank Hermanutz | +49 711 93 40-140 | frank.hermanutz@ditf.de (Opens in a new window) 

#Medizintechnik #Brennstoffzelle

Blutzucker zu Strom 

Foto: Fussenegger Lab / ETHZ

Ein Forscherteam der ETH Zürich forscht an einer implantierbaren Brennstoffzelle, die aus überschüssigem im Gewebe elektrische Energie erzeugt. An der Anode aus kupferbasierten Nanopartikeln spaltet sich Glukose in Glukonsäure und in ein Proton auf, das den Stromfluss bewirkt. Die Brennstoffzelle ähnelt einem Teebeutelchen und kann unter der Haut platziert werden. Sie ist mit einem für medizinische Anwendungen zugelassenen Algenprodukt ummantelt und saugt sich mit Körperflüssigkeit voll, um Glukose aus dem Gewebe in ihr Inneres zu transportieren.

Der Prototyp der Brennstoffzelle wurde erfolgreich im Mausmodell getestet und kann potenziell zur Diabetesbehandlung eingesetzt werden. Das System kombiniert dauerhafte Stromerzeugung und kontrollierte Insulinabgabe.

Aktuell wird ein Industriepartner gesucht, um den Prototypen in ein marktfähiges Produkt zu überführen.

ETH Zürich | Biotechnology and Bioengineering | www.bsse.ehtz.ch (Opens in a new window)
Prof. Martin Fussenegger | Martin.fussenegger@bsse.ethz.ch (Opens in a new window)

#E-Mobility #Verbundmaterialien #Repair

Baukasten für E-Nutzfahrzeuge 

Der röhrenförmige Schweller kombiniert Crash-Absorber aus Faser-Kunststoff-Verbund und ein Pufferelement als auxetische Struktur aus Polyurethan. Er bietet sowohl Schutz für die Fahrzeuginsassen als auch für den Energieträger Batterie bzw. Wasserstofftank | Foto: Edag Group

Das Fraunhofer-Institut IWU hat zusammen mit Industriepartnern das Konzept ‚Kosel“ für leichte E-Nutzfahrzeuge präsentiert. Die drei Hauptmodule des Fahrzeugs – Vorderwagen, Batteriekasten und Hinterwagen – sind über feste Schnittstellen miteinander verbunden, um einen Austausch mit geringem Aufwand zu ermöglichen. Die Plattform des E-Fahrzeugs ist für eine Nutzungsdauer von bis zu 30 Jahren und Laufleistungen von bis zu einer Million Kilometern bei wechselnden Einsatzszenarien ausgelegt. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) werden als langlebige Werkstoffe eingesetzt, insbesondere im Bereich der Schweller, um verschiedene Aufprallwinkel abzusichern. Der neuartige Crash-Absorber basiert auf dem Prinzip der Umstülpung von CFK-Crash-Rohren, deren spezielle Orientierung innerhalb des Schwellers und der Krafteinleitung über spezielle Strukturen. Die modular angeordneten Crash-Rohre sind so angeordnet, dass sie nach einem Unfall leicht auszutauschen sind.

Das ‚Kosel‘-Konzept ist eine Idee für Flottenfahrzeuge mit mittlerer Stückzahl. Es sieht vor, Bauteile nach ihrem ersten Lebenszyklus zu überarbeiten. Die kreislauffähige E-Fahrzeugplattform kann als Standardlösung Entwicklungskosten und -risiken senken.

Fraunhofer-Institut IWU | www.iwu.fraunhofer.de (Opens in a new window)
Patryk Nossol| +49 3583 54086 4013 | Patryk.nossol@iwu.fraunhofer.de (Opens in a new window)

#Gewebe #Adaptiv

Smartes Gewebe

Foto: University of Waterloo

Forscher der kanadischen University of Waterloo haben ein smartes Gewebe entwickelt, das auf zwei unterschiedliche Stimuli reagieren kann: Wärme und Elektrizität. Die Verwendung von stimulierbaren Materialien ermöglicht eine schnelle Reaktion auf äußere Einflüsse wie Licht, Temperatur, magnetische Felder oder Elektrizität. Die Interweaving-Struktur des smarten Gewebes aus Polyethylenterephthalat (PET) und thermochromen Mikrokapseln (TMC) auf der Schuss- und PET auf der Kettseite sorgt dafür, dass es biegsam und weich wie normales Gewebe ist. Durch die Verwendung von recyceltem Kunststoff wird das Gewebe zudem kosteneffektiv. Die Forscher sehen großes Potenzial in der Verwendung des Gewebes in den Bereichen Robotik, Virtual Reality und Umweltüberwachung.

University of Waterloo | Multi-scale Materials Design (MMD) Centre | https://uwaterloo.ca (Opens in a new window)
Dr. Milad Kamkar | milad.kamkar@uwaterloo.ca (Opens in a new window)

#Robotik

Greifer mit Reflexen

Foto: MIT

Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology (MIT) arbeiten an einem robotischen Greifer, der Objekte nicht nur durch vorausschauende Planung greift, sondern auch durch Reflexe. Das System verwendet schnell reagierende Aktuatoren, die ursprünglich für den vierbeinigen Roboter ‚Mini Cheetah‘ entwickelt wurden. Es besteht aus einem Hochgeschwindigkeitsarm und zwei leichten, mehrfach gegliederten Fingern mit kundenspezifischen Sensoren an den Fingerspitzen. Der Greifer beherrscht drei Manöver, die die Kontrolle bei der Handhabung von Objekten verbessern. Diese Reflexe werden innerhalb des letzten Zentimeters ausgelöst, wenn der Roboter ein Objekt greift. Die Forschenden planen, künftig noch komplexere Reflexe zu programmieren, um maschinelle Systeme zu schaffen, die in ständig verändernden Umgebungen mit Menschen kollaborieren können.

MIT Biomimetic Robotics Lab | www.biomimetics.mit.edu (Opens in a new window)
Prof. Sangbae Kim | +1 617 452 2711 | sangbae@mit.deu (Opens in a new window)

Frugal umdenken

Was bedeutet frugale Innovation? Und wann ist sie sinnvoll? Antworten liefert der Experte Dr. Uwe Schleinkofer.

Viele Maschinen sind funktional überladen und damit unnötig komplex für Nutzer*innen, teuer und wartungsintensiv. Das Gegenmodell nennt sich frugale Innovation und bietet viele Chancen – sagt Dr. Uwe Schleinkofer vom Zentrum für Frugale Produkte und Produktionssysteme, kurz ZFP.

Vorstellung des aufgabenbasierten Bediensystems zur Befähigung und Unterstützung von unerfahrenem bzw. ungelerntem Personal an einer Produktionsmaschine | Foto: Fraunhofer IPA / Uwe Schleinkofer

Herr Dr. Schleinkofer, was bedeutet eigentlich frugale Innovation?

Der Begriff ‚frugal‘ impliziert eine Fokussierung und ein entsprechendes Mindset hinsichtlich einfacher, robuster und kostenbewusster Lösungen. Innerhalb der Wertschöpfungskette und dem Produktlebenszyklus existieren viele Stellhebel für eine derartige Fokussierung.