Wie können Leichtbaustrukturen bei einem Aufprall mehr Energie aufnehmen und damit zur Sicherheit im Fahrzeugbau beitragen? Forschende der Hochschule Bremen (HSB) haben gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) eine neue bionische Verbundstruktur entwickelt, deren Faserverlauf von biologischen Vorbildern inspiriert ist. Die Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Journal of Bionic Engineering veröffentlicht. Die Studie zeigt, dass ein gradueller Faserwinkel innerhalb der Struktur die Energieaufnahme gegenüber konventionellen Bauweisen deutlich steigern kann.
Vorbild für die Entwicklung war unter anderem der sogenannte Schlagkeulenkomplex der Fangschreckenkrebse (Odontodactylus scyllarus). Dessen natürliche Struktur wurde mithilfe des bionischen Techno-Pull-Prinzips, bei dem für ein bestehendes technisches Problem eine Lösung in der Natur gesucht wird, auf faserverstärkte Verbundwerkstoffe übertragen. Die entwickelten Wabenstrukturen aus regenerierten Cellulosefasern und Epoxidharz zeigten in Druckversuchen ein progressives Versagensverhalten; sie zerbrachen also nicht schlagartig, sondern verformten sich kontrolliert Stück für Stück. Zudem erreichten sie eine mehr als viermal so hohe massenspezifische Energieaufnahme wie vergleichbare Strukturen mit konstantem Faserwinkel. Damit eröffnen sich neue Perspektiven für nachhaltige energieabsorbierende Bauteile im Mobilitätssektor.
Erstautor der Studie ist Ole Middendorf, der die Forschungsarbeiten im Rahmen seiner Abschlussarbeit an der Hochschule Bremen durchgeführt hat. „Es war für mich eine besondere Gelegenheit, dass die Ergebnisse meiner Abschlussarbeit unmittelbar in diese internationale Veröffentlichung einfließen konnten. Die enge Zusammenarbeit zwischen Hochschule und Forschungspartnern hat dabei wertvolle Erfahrungen ermöglicht“, sagt Ole Middendorf.
Professor Dr. Jörg Müssig vom Bionik-Innovations-Centrum der Hochschule Bremen betont die Bedeutung des Forschungsansatzes: „Die Verbindung von Bionik und moderner Werkstoffforschung eröffnet neue Wege für innovative und nachhaltige Leichtbaustrukturen. Die Natur liefert uns über Millionen Jahre hinweg optimierte Lösungen, die wir gezielt auf technische Anwendungen übertragen können.“
An der Studie beteiligt war außerdem Milan Kelch vom Fraunhofer IFAM. „Es freut mich sehr, dass ich durch gemeinsame Forschungsaktivitäten die Brücke zwischen dem Fraunhofer IFAM und der Hochschule Bremen aufrechterhalten kann. Solche Kooperationen schaffen ideale Voraussetzungen, um wissenschaftliche Erkenntnisse gemeinsam in innovative Werkstoffkonzepte zu überführen“, erklärt Kelch.
Die Veröffentlichung unterstreicht die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen der Hochschule Bremen und dem Fraunhofer IFAM sowie die Bedeutung interdisziplinärer Forschung an der Schnittstelle von Bionik, Werkstoffwissenschaft und nachhaltigem Leichtbau.
Middendorf, O., Kelch, M. & Müssig, J. (2026): Biomimetic Composite Structures with Fibre Angle Gradients: Enhancing Energy Absorption via Progressive Failure. Journal of Bionic Engineering, 23, 2389–2400. https://doi.org/10.1007/s42235-026-00926-6
Bionisch inspirierte Wabenstrukturen mit graduell angeordneten Faserwinkeln aus regenerierten Cellulosefasern. Die an der Hochschule Bremen entwickelten Leichtbaustrukturen nehmen bei einem Aufprall deutlich mehr Energie auf und könnten künftig zu nachhaltigeren Sicherheitsbauteilen beitragen.
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