Biointelligente Wertschöpfung

“I think the biggest innovations of the twenty-first century will be the intersection of biology and technology. A new era is beginning, just like the digital one [...]”

Steve Jobs

Der Umgang mit dem stetig ansteigenden Ressourcenverbrauch und den damit verbundenen Umweltbelastungen ist sicherlich die größte Herausforderung unserer Zeit. Neben Ressourcenverknappung und Klimawandel gibt es aber noch weitere disruptive Veränderungen, die wir aktiv gestalten müssen: Die Rolle des Menschen in der Produktion wird neu definiert, die Komplexität in Unternehmen steigt und es entstehen ganz neue Geschäftsmodelle.

Die Digitale Transformation der Produktion ist unter dem Schlagwort Industrie 4.0 bereits weit fortgeschritten. Es wird jedoch zunehmend klar, dass dies allein nicht ausreicht, um die essentiellen Herausforderungen der Gesellschaft zu meistern. Parallel zur Digitalen Transformation bahnt sich mit der Biologischen Transformation deshalb eine neue Revolution an.

Dabei ist die Natur Vorbild und integrierter Bestandteil für die Optimierung der industriellen Prozesse. Die Biologische Transformation der Wertschöpfung überträgt das Wissen über die Natur in die Technik und integriert natürliche Organismen in Maschinen. Natur und Technik interagieren und führen in ihrer Konvergenz zu einer Optimierung der Industrieprozesse.

Die Biologische Transformation bringt als Resultat sogenannte Biointelligente Systeme und Technologien hervor, zum Beispiel intelligente, dezentrale Produktionszellen, die biobasiert, personalisiert und dezentral Konsumgüter und Nahrungsmittel herstellen. Das können Hochleistungsbeete an Hausfassaden sein (Vertical Gardening), effiziente 3D-Druckereien im Hof eines urbanen Mietshauses oder Bioreaktoren zur Herstellung von personalisierten Medikamenten direkt in der Apotheke.

Die Entwicklung der Biointelligenz ermöglicht den Menschen eine ökologisch ausbalancierte Befriedigung ihrer Bedürfnisse. Mit einer biointelligenten Wertschöpfung werden beispielsweise eine personalisierte Gesundheitsversorgung, eine intelligente Verkehrs- und Produktionsorganisation und die dezentrale Herstellung von Konsumgütern und Nahrungsmitteln aus nachwachsenden Rohstoffen und Recyclingmaterialien realisierbar. 

Expertise und Kompetenzen

Durch die langjährige Erfahrung in den Bereichen Produktionstechnik und -management, Automatisierung, Digitalisierung, Oberflächentechnik, Bionik, Biotechnologie und Nachhaltigkeit kann das Fraunhofer IPA einen entscheidenden Beitrag zur biologischen Transformation der industriellen Wertschöpfung leisten. Die Entwicklung biointelligenter Wertschöpfungssysteme ist wesentlicher Bestandteil der zukünftigen Forschungsstrategie des Fraunhofer IPA und des Fraunhofer-Institutszentrums Stuttgart.

Beispielhafte Forschungsarbeiten sind die Entwicklung bionischer Lösungen für industrielle Fertigungsprozesse sowie die Laborautomatisierung für die Biotechnologie. Darüber hinaus ist das Institut mit den Forschungsbereichen Vernetzte Produktion und Ressourceneffiziente Produktion deutschlandweit bekannt für seinen außerordentlichen Beitrag zur Umsetzung der Digitalisierung und der nachhaltigen Gestaltung von Wertschöpfungssystemen.

 

Kompetenzzentrum Biointelligenz

 

Video Statement Biointelligente Wertschöpfung

Interview zur Biointelligenten Wertschöpfung mit Prof. Thomas Bauernhansl.

 

BIOTRAIN

Voruntersuchung zur biologischen Transformation der industriellen Wertschöpfung.

 

Webinar Biologische Transformation

Das Webinar fasst die wesentliche Erkenntnisse über die sogenannte Biologische Transformation zusammen.

Biointelligente Wertschöpfung am Fraunhofer IPA

Datenverarbeitung und Informationstechnologie sind die Grundlage der transdisziplinären Forschung und Entwicklung biointelligenter Wertschöpfungssysteme. Um eine Verknüpfung der Bio- mit der Techno-Sphäre in der Industrie herzustellen, ist die digitale Technik das wichtigste Bindeglied und eine digitalisierte Industrie (Industrie 4.0) die Grundvoraussetzung. Das Fraunhofer IPA begleitet Unternehmen bei der Digitalisierung und leistet damit auch einen Beitrag zur Biologischen Transformation.

Mehr zum Thema:
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/ueber_uns/Leitthemen/industrie-4-0.html

Die Ultraeffizienzfabrik – ein Ansatz aus dem Fraunhofer IPA – dient als Leitbild für die Produktion der Zukunft. Das Ziel: Eine lokale, verlustfreie, effektive Produktion in lebenswerter Umgebung – sprich, mit so wenig Material und Energie wie nötig. Material und Energie fließen in geschlossenen Kreisläufen und dienen immer wieder als Ausgangspunkt der Produktion. Die anpassungsfähige, emissionsfreie Fabrik der Zukunft sichert damit ein intaktes ökologisches und soziales Umfeld, integriert in die urbane Umgebung. Neben der zunehmenden Digitalisierung ist die Biologische Transformation eine wesentliche Voraussetzung hierfür. Ziel ist es, den Anteil biobasierter, lokal verfügbarer Werkstoffe und Materialien zu erhöhen. Gelingen soll dies durch die Anwendung bionischer Prinzipien bei der Produktgestaltung, genauer gesagt durch bionische Strukturen, Funktionen und Oberflächen sowie innovative Fertigungstechnologien – beispielsweise additive Verfahren oder selektive Beschichtungstechnologien mit biogenen Materialkomponenten.

Mehr zum Thema:
http://ultraeffizienzfabrik.de/home/

Biologische Organismen entstehen nicht subtraktiv aus vorhandenen Stoffen, sondern sie wachsen additiv. Dieses Prinzips der additiven Fertigung spielt in der Industrie eine zunehmend größere Rolle und wird am Fraunhofer IPA erforscht und für industrielle Anwendungen weiterentwickelt.

Mehr zum Thema:'
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/additive-fertigung.html

Funktionale Beschichtungen und Materialien mit neuen Eigenschaften reichen von elektrisch leitfähigen Beschichtungen, elektrischen Widerstandsheizungen, gedruckter großflächiger Sensorik bis hin zu Technologien für eine echte Interaktion zwischen Mensch (Biologie) und Maschine (Technik). Solche Mensch-Maschine-Schnittstellen können am Fraunhofer IPA mittels gedruckter Aktuatoren realisiert werden.

Mehr zum Thema:
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/funktionale-materialien.html

Das Forschungsgebiet Biomechatronische Systeme am Fraunhofer IPA entwickelt Möglichkeiten, mit denen z. B. menschliche Körperfunktionen mit technischen Mitteln unterstützt werden. Dazu ist eine enge Verzahnung von biologischen mit technischen Systemen im Sinne der Biologischen Transformation notwendig.

Mehr zum Thema:
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/biomechatronische-systeme/antriebssysteme-exoskelette.html
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/biomechatronische-systeme.html
https://pamb.ipa.fraunhofer.de/de/neu_arbeitsgebiete/software---steuerung/mensch-maschine-interaktion.html

In der Bionik dienen sowohl Tiere, Pflanzen als auch der Mensch selbst als Modell bei der Entwicklung von Produkten wie etwa chirurgischen Instrumenten oder Implantaten und Prothesen. Modelle von Tieren wurden genau betrachtet und deren effiziente Prinzipien in neuartige Konzepte überführt und getestet. Derzeit sind geschätzte 1,25 Millionen lebende und 130.000 ausgestorbene Tierarten bekannt. Hände, Füße und Mundwerkzeuge sind Effektoren, mit denen sie schneiden, stechen, saugen oder greifen können. Diese Funktionen müssen auch chirurgische Instrumente erfüllen. Der Transfer von biologischen Prinzipien oder Strukturen in die Technik ist eine Grundlage der Biologischen Transformation.

Mehr zum Thema:
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/biomechatronische-systeme/bionik-und-antriebstechnik.html

Eine wesentliche Grundvoraussetzung industrieller Wertschöpfung ist eine gesicherte Versorgung der Prozesse mit nachhaltig erzeugter Energie. Die Entwicklung von effizienten Stoff- und Energieträgerkreisläufen ist notwendig für die Biologische Transformation. Dazu gehört z. B. die Steigerung der Gesamteffizienz des Energieversorgungssystems durch die Einbindung von flexiblen chemischen Basisenergieträgern (wie beispielsweise Wasserstoff). Die Nutzung solcher Energieträger zur Speicherung von elektrischer Energie (Power-to-X) und zur Kopplung der Energiesektoren Strom, Wärme und Mobilität werden am Fraunhofer IPA erforscht.

Mehr zum Thema:
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/effizienzsysteme.html

Durch die Biologische Transformation können Produktionssysteme effizienter und nachhaltiger gestaltet werden. Das Fraunhofer IPA unterstützt und vernetzt Unternehmen bei der Gestaltung von biointelligenten Wertschöpfungssystemen und ermöglicht den Transfer biointelligenter Technologien in die breite industrielle Anwendung. Technologie-, Markt und Potenzialanalysen, Szenarienanalysen  und koordinative Aktivitäten zwischen Politik, Forschung und Industrie gehören im Kontext der Biologischen Transformation zu den Kernaufgaben der Abteilung Nachhaltige Produktion und Qualität.

Mehr zum Thema:
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/Kompetenzen/nachhaltige-produktion-und-qualitaet.html