Die Natur hat im Lauf der Evolution eine Vielzahl an effizienten Lösungen hervorgebracht. In der Bionik wird dieses Prinzip auf technische Anwendungen übertragen. Auch bei Schmalz, einem Unternehmen, das sich auf Vakuumtechnik spezialisiert hat, spielt dieser Ansatz eine zunehmend wichtige Rolle. „Wir haben nach natürlichen Saugverfahren gesucht, um unsere eigenen Vakuum-Systeme zu verbessern“, sagt Dr. Harald Kuolt, Leiter der Forschungsprojekte bei Schmalz.

Warum ist der Blutegel geeignet?

Fündig wurde das Team bei einem Tier, das seit Jahrhunderten auch in der Medizin verwendet wird: dem Blutegel. Er verfügt an beiden Körperenden über Saugorgane, mit denen er sich zuverlässig an seine Wirte heften kann – unabhängig davon, ob die Oberfläche glatt, schleimig, porös oder feucht ist. Die Haftung beruht dabei nicht nur auf Saugkraft, sondern auch auf mechanischem Greifen beziehungsweise Verklammern.

Forschungsprojekt mit der Universität Freiburg

Gemeinsam mit der Universität Freiburg startete Schmalz ein Forschungsprojekt, um die biologischen Haftsysteme der Blutegel besser zu verstehen. „Wir untersuchten die Funktionsmorphologie und Biomechanik der Blutegel“, erklärt Prof. Dr. Thomas Speck. Er leitet die Arbeitsgruppe „Botanik – funktionelle Morphologie und Bionik“ an der Universität Freiburg.

Zunächst wurden manuelle Abzugsversuche durchgeführt. Anschließend entwickelten die Forschenden rotierende Prüfstände, um herauszufinden, bei welcher Fliehkraft sich die Tiere von unterschiedlichen Oberflächen lösen. „Wir betraten Neuland und entwickelten hierfür spezielle Versuchsaufbauten, um die Haftkräfte der Blutegel zu messen“, so Speck.

Aktuell steht die detaillierte Untersuchung der Saugorgane im Mittelpunkt. Diese bestehen aus muskelgesteuerten Saug-, Abdicht- und Greiflippen. „Das Verständnis des Form-Struktur-Funktions-Zusammenhangs des Saugorgans ist essenziell für weiterführende Abstraktions- und Umsetzungsschritte für neue, bionisch optimierte Systeme von Schmalz“, sagt Dr. Simon Poppinga, der an der TU Darmstadt die biologische Grundlagenforschung im Projekt verantwortet.

Prototyp mit neuem Aufbau

Auf Grundlage dieser Untersuchungen entwickelte das Team bei Schmalz einen ersten Prototyp, der sich von bestehenden Saugern unterscheidet. So verläuft die Dichtlippe anders als üblich, und auch die Krümmungsradien wurden angepasst. Darüber hinaus kommen sowohl harte als auch weiche Materialien zum Einsatz. Das wirkt sich direkt auf die technische Leistung aus: „Wir konnten das Totvolumen reduzieren und damit deutlich schneller evakuieren“, erläutert Kuolt. Ziel sei es, eine bessere Leistung bei Halte- und Scherkräften sowie beim Abdichten zu erreichen – und dabei gleichzeitig eine industrielle Fertigung zu ermöglichen. Auch die Umweltbilanz werde im Vergleich zu bisherigen Produkten betrachtet.

Praxistauglichkeit im Blick

Derzeit arbeitet Schmalz mit zwei Varianten des neuen Saugers, die weiter optimiert werden. Beide zeigen Potenzial für kürzere Evakuierungszeiten, was den Energieverbrauch senken kann. Zudem dichten sie auf rauen Oberflächen zuverlässiger ab und sollen durch eine angepasste Struktur der Dichtung auch auf empfindlichen oder unebenen Materialien gut haften. Die Langlebigkeit spielt ebenfalls eine wichtige Rolle.

„Ziel unseres Forschungsprojektes ist es, in der Vakuum-Handhabungstechnik noch mehr Energie einzusparen“, sagt Dr. Harald Kuolt, Leiter Forschungsprojekte bei Schmalz. © J. Schmalz GmbH

„Die Sauger müssen prozesssicher in Standard-Applikationen funktionieren, wir wollen keine Lösung für wenige Spezialfälle entwickeln“, so Kuolt.

Bionik trifft Technikalltag

Blutegel gelten nicht unbedingt als typische Inspirationsquelle für die Industrie. Doch genau hier zeigt sich das Potenzial bionischer Forschung: Eine überraschende biologische Vorlage, kombiniert mit gezielter Analyse und technischer Entwicklung, kann zu neuen Ansätzen führen – in diesem Fall für energieeffiziente, leistungsfähige Vakuum-Sauger. Wie weit sich die Idee in der industriellen Praxis durchsetzen kann, wird sich in den kommenden Entwicklungsschritten zeigen.

Quelle: J. Schmalz GmbH