Innerhalb des Projektes A04 des Sonderforschungsbereiches Transregio 141 wird die Bewegungskinematik biologischer Ideengeber hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit in bio-inspirierte adaptive Gebäudehüllen untersucht.
Basierend auf einem biologischen Screening Prozess wurde die Bewegung der Unterwasserschnappfalle Aldrovanda vesiculosa als besonders vielversprechend für eine technische Umsetzung erachtet und einer genaueren Analyse unterzogen.
Die Bewegung der Wasserpflanze wurde experimentell und simulativ erforscht. Die Kinematik wurde zum curved-line folding-Prinzip abstrahiert. Simulationen verschiedener Faltungsgeometrien hinsichtlich auftretender Materialspannungen, benötigter Aktuierungsenergien sowie dem Widerstand gegen äußere Lasten führten zur Generierung einer optimalen Geometrie für Fassadenverschattungen. Parallel wurde ein Multi-Material-Aufbau aus glasfaserverstärktem Kunststoff und Elastomer entwickelt, der das Falten von faserverstärkten Kunststoffen ermöglicht. Material und Bewegungsprinzip wurden in einem adaptiven Fassadenverschattungssystem, dem Flectofold (AVK Award 2017), umgesetzt.
Das im Projekt A04 entwickelte Material wurde in einem großskalierten Demonstrator (36 Flectofold-Elemente) im Rosensteinmuseum in Stuttgart innerhalb der Sonderausstellung "Baubionik – Biologie beflügelt Architektur" gezeigt und erprobt (Oktober 2017 – Mai 2018).
Flectofold Großdemonstrator – BauBionik Ausstellung
Das Video zeigt den Entwicklungsprozess des Fassadenverschattungssystems Flectofold von der biologischen Analyse über Abstraktion und Simulation sowie die technische Materialuntersuchung und Umsetzung der Erkenntnisse in einem Großdemonstrator. Er wurde innerhalb der Sonderausstellung „Baubionik – Biologie beflügelt Architektur“ im Schloss Rosenstein/Naturkundemuseum Stuttgart gezeigt und erprobt.
Projektlaufzeit
Oktober 2014 – Juni 2018
Projektteam
ITFT Institut für Textil- und Fasertechnologien, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Larissa Born
ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Axel Körner, Saman Saffarian
IBB Institut für Baustatik und Baudynamik, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Manfred Bischoff, Renate Sachse
PBG Plant Biomechanics Group, Universität Freiburg
Prof. Dr. Thomas Speck, Simon Poppinga, Anna S. Westermeier
Publikationen im Rahmen dieses Projektes
Born L, Körner A, Mader A, Schieber G, Milwich M, Knippers J et al. Adaptive FRP Structures for Exterior Applications. Adv. Mater. Lett. 2019;10(12):913–8. https://doi.org/10.5185/amlett.2019.0029.
Born L, Körner A, Schieber G, Westermeier AS, Poppinga S, Sachse R et al. Fiber-Reinforced Plastics with Locally Adapted Stiffness for Bio-Inspired Hingeless, Deployable Architectural Systems. KEM 2017;742:689–96. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.742.689.
Körner A, Born L, Mader A, Sachse R, Saffarian S, Westermeier AS et al. Flectofold—a biomimetic compliant shading device for complex free form facades. Smart Mater. Struct. 2018;27(1):17001. https://doi.org/10.1088/1361-665X/aa9c2f.
Poppinga S, Körner A, Sachse R, Born L, Westermeier A, Hesse L et al. Compliant Mechanisms in Plants and Architecture. In: Knippers J, Nickel KG, Speck T, editors. Biomimetic Research for Architecture and Building Construction. Cham: Springer International Publishing; 2016, p. 169–193.
Saffarian S, Born L, Körner A, Mader A, Westermeier AS, Poppinga S et al. From Pure Research To Biomimetic Products: The Flectofold Facade Shading Device. In: Knippers J, Schmid U, Speck T, editors. Biomimetics for Architecture. De Gruyter; 2019, p. 42–51.
Westermeier A, Poppinga S, Körner A, Born L, Sachse R, Saffarian S et al. No Joint Ailments: How Plants Move And Inspire Technology. In: Knippers J, Schmid U, Speck T, editors. Biomimetics for Architecture. De Gruyter; 2019, p. 32–41.
Förderung
Dieses Forschungsvorhaben wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als Teil des Sonderforschungsbereiches (SFB/Transregio) 141 "Biologisches Design und integrative Strukturen" / Projekt A04 gefördert.
Weitere Informationen zum Sonderforschungsbereich (SFB) TRR-141
Ansprechpartner
Larissa Born
Dr.-Ing.Stellvertretende Institutsleitung