Wie setzt sich der Begriff „Bionik“ etymologisch zusammen?
Aus den Wortteilen „bios“ (Leben) und „onik“ (aus Elektronik).
Was ist das Ziel der Forschungsdisziplin Bionik?
Die Beobachtung der Natur zur Entwicklung neuer technischer Lösungen und Materialien.
Nennen Sie das natürliche Vorbild für die Entwicklung leichter Strukturen im Materialleichtbau.
Der Knochenaufbau.
Welcher natürliche Rohstoff dient laut Text als Inspiration für Solarzellen?
Himbeersaft.
Wie werden Materialien genannt, die gezielt spezielle Funktionen als Reaktion auf Umweltreize übernehmen?
Smart Materials (Intelligente Materialien).
Was unterscheidet Smart Materials grundlegend von traditionellen Materialien?
Traditionelle Materialien sind passiv, Smart Materials sind aktiv und dynamisch.
Auf welche vier physikalischen Reize reagieren Smart Materials typischerweise?
Feuchtigkeit, Licht, elektrische Spannung und Temperaturänderung.
Wie verhält sich ein Kiefernzapfen als natürliches Smart Material bei Feuchtigkeit und Kälte?
Er verschließt sich.
Welchen Effekt illustriert Abbildung 39 auf einem Palmenblatt?
Den Lotuseffekt.
Unter welchem Oberbegriff werden Materialien gefasst, deren optische Eigenschaften reversibel auf Reize reagieren?
Chromogene Oberflächen.
Welche Technologie wird in Abbildung 40 für schaltbares Glas verwendet?
Flüssigkristalltechnologie.
Wie nennt man Smart Materials, die bei Lichteinstrahlung oder elektrischen Feldern selbst leuchten?
Lichtemittierende Materialien.
Welcher Reiz führt bei Smart Materials der Kategorie „Hitzeabsorption“ zur zeitweisen Gestaltänderung?
Wärmeenergie.
Durch welche zwei mechanischen Einwirkungen generieren bestimmte Smart Materials elektrischen Strom?
Zug oder Druck.
Wie bezeichnet man Materialien, die Umgebungswärme aufnehmen und bei sinkenden Temperaturen zeitverzögert abgeben?
Phase Change Materials (PCM).
Was versteht man unter dem „Formgedächtnis“ eines Materials?
Die Fähigkeit, nach plastischer Verformung durch Wärmezufuhr die ursprüngliche Form wieder anzunehmen.
Definieren Sie den piezoelektrischen Effekt.
Das Zusammenspiel von mechanischem Druck und elektrischer Spannung in Festkörpern.
Welche Materialien wurden bereits in den 1980er-Jahren als intelligente Werkstoffe erforscht?
Metalle mit Formgedächtnis und Kristalle mit Piezoeffekt.
Welchen Vorteil bieten intelligente Kunststoffe gegenüber piezoelektrischen Kristallen?
Einen großen Vorteil in Bezug auf die Volumenveränderung.
Warum werden Smart Materials auch als „adaptiv“ bezeichnet?
Weil sie einen Umgebungsreiz aufnehmen und als Teil eines Systems darauf reagieren.
Nennen Sie ein Beispiel für eine Formgedächtnislegierung (FGL) im medizinischen Bereich.
Der Stent.
Aus wie vielen Metallen besteht ein Thermobimetall mindestens?
Aus zwei unterschiedlichen Metallen.
Wofür werden Thermobimetalle in Haushaltsgeräten wie Wasserkochern eingesetzt?
Als Sensoren oder Schalter zur selbsttätigen Abschaltung.
Wie reagiert Piezokeramik auf Druckeinwirkung?
Blitzschnell, zuverlässig und präzise (Formveränderung mit bloßem Auge kaum erkennbar).
Nach welchem Umwandlungsprinzip funktionieren Dielektrische Elastomerreaktoren (DEA)?
Sie wandeln elektrische Energie in mechanische Arbeit (Dehnung) um.
Was bewirkt ein Magnetfeld bei Magneto-rheologischen Flüssigkeiten (MRF)?
Es richtet die enthaltenen Eisenspäne aus und beeinflusst so die Zähigkeit der Flüssigkeit.
Nennen Sie die zwei Hauptanwendungsgebiete von MRF in der Automobilbranche.
Stoßdämpfer und MRF-Kupplungen.
Welche Eigenschaften definieren „Smart Textiles“?
Sie können leiten, senden, empfangen, heizen, leuchten oder messen, während sie textile Eigenschaften behalten.
Was ist die Funktion von „Muskeln aus Textil“ für Menschen mit Mobilitätseinschränkungen?
Sie reagieren auf elektrische Reize und unterstützen die Tragenden in ihren Bewegungen.
Wie funktioniert das vom ICD Stuttgart entworfene Fassadenelement aus Holzdruckfilament?
Es öffnet oder schließt sich wie eine Blüte als Reaktion auf veränderliche Luftfeuchtigkeit.
Welche Vorteile bietet verkohltes Holz für Außenfassaden?
Es ist verrottungsfest, resistent gegen Schädlinge/Pilze sowie wasserfest und -abweisend.
Welcher Rohstoff wird für die Herstellung von veganem Apfelleder verwendet?
Der Trester (Zellulose-Reste) aus der Apfelsaftherstellung.
Woraus wird „Schimmerndes Holz“ (Shimmering Wood) erzeugt, um Farben ohne Pigmente zu generieren?
Aus Nanocellulose.
Was charakterisiert die Struktur eines Schaums?
Ein hoher Anteil an Poren und Hohlräumen.
Welche drei grundlegenden Treibverfahren werden zur Herstellung von Schäumen genutzt?
Chemische, physikalische und mechanische Treibverfahren.
Nennen Sie vier technische Eigenschaften, durch die Schaumstoffe punkten.
Geringes Gewicht, thermische Isolation, Schalldämpfung und Schockabsorption.
Wozu dient Hefe beim biotechnischen Aufschäumverfahren von Holzpaste?
Zur Fermentation der pflanzlichen Basis für den Quellprozess.
Was unterscheidet offenzellige von geschlossenzelligen Schäumen?
Geschlossenzellige Schäume haben intakte Blasen mit einer geschlossenen Außenhaut, offenzellige nicht.
Für welche Anwendung im Hochbau wird Schaumglas primär genutzt?
Als Wärmedämmstoff.
Wie hoch ist der Porenanteil bei Aerogelen etwa?
Bis zu $95 \%$.
Wie wird Aerogel aufgrund seiner Struktur und Optik umgangssprachlich genannt?
„Gefrorener Rauch“.
Was ist ein Aluminiumschauf (Metallschaum) und wo wird er eingesetzt?
Ein poröser Metallwerkstoff, der als Aufprallschutz oder im Fahrzeugbau bei hoher Steifigkeit genutzt wird.
Woraus besteht Papierschaum?
Aus Altpapier, das mit Weizenstärke vermengt und aufgeschäumt wird.
Was ist das Ziel des „CO2-Upcycling“ in der Schaumstoffproduktion?
Die direkte Wiederverwendung von abgeschiedenem $CO_{2}$ als Rohstoff.
Welche Mindeststärke muss bei der Fertigung von Schäumen in Formen meist gegeben sein?
Circa $5 \text{ mm}$.
Was ist das Prinzip des „InFoam Printing“?
Ein Roboter injiziert gezielt Schaum in ein 3D-gedrucktes Gerüst, um lokale Festigkeit zu verleihen.
In welchen drei Kategorien wird im Leichtbau eine Gewichtsreduktion unterschieden?
Strukturleichtbau, Systemleichtbau und Materialleichtbau.
Was ist das Kernprinzip des Systemleichtbaus?
Gewichtseinsparung durch Veränderung der Form oder Reduktion auf das konstruktiv Notwendige.
Definieren Sie den Materialleichtbau.
Der Ersatz herkömmlicher Werkstoffe durch leichtere Alternativen.
Aus welchen zwei Hauptkomponenten besteht ein Verbundmaterial laut der „Merke“-Regel?
Matrix und Verstärkung.
Nennen Sie drei Beispiele für klassische Verbundwerkstoffe (Composites).
Stahlbeton, Spanplatten und faserverstärkte Kunststoffe.
Welche Lastart übernehmen Fasern in einem Faserverbundwerkstoff primär?
Zugkräfte.
Was ist die Funktion der Matrix in einem Faserverbund?
Sie nimmt Schubspannungen auf und fixiert/schützt die Fasern.
Wie unterscheiden sich Teilchenverbunde von Faserverbunden?
Die Teilchen sind nicht in einer bestimmten Belastungsrichtung ausgerichtet.
Was kennzeichnet einen Schichtverbund (Sandwichverbund)?
Werkstoffe werden schichtweise übereinandergefügt, oft mit identischen Deckschichten.
Welche drei Kernstrukturen sind typisch für Schichtverbunde?
Wabenstrukturen, Porenstrukturen und Röhrenstrukturen.
Warum stellt das Recycling von Verbundwerkstoffen eine große Herausforderung dar?
Weil eine reine Trennung der fest verbundenen Materialien für die Wiederverwertung notwendig, aber energieaufwendig ist.
Welches Material ersetzten Charles und Ray Eames beim DAX Chair durch glasfaserverstärkten Kunststoff?
Metallblech.
Welche Eigenschaft hat expandiertes Polypropylen (EPP) laut Abbildung 58?
Ein hohes Rückstellvermögen nach Belastung.
Woraus besteht ein „Durchdringungsverbund“ beispielhaft?
Aus kunstharzgetränktem Holz.
Was ist eine AFS-Platte laut Abbildung 60?
Ein Aluminium Foam Sandwich.
Welchen Anteil an Impact-Energie kann der Spezialschaum in Abbildung 61 absorbieren?
Mehr als $97 \%$.
Wie lautet die Definition für Integralschäume?
Es handelt sich um eine Sonderform der geschlossenzelligen Schäume.
Welches Material dient in Abbildung 42 als Basis für integrierte LEDs?
Smarte Tapete.
Welche Eigenschaft von Holz wird beim ICD Stuttgart für adaptive Fassaden genutzt?
Hygroskopische Eigenschaften (Reaktion auf Luftfeuchtigkeit).
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