Faszination und Wunder der Technik. Werner Dupont
beinhaltet das Management aller Elemente des supraleitenden Konzeptfahrzeugs auf Basis der der Konzeptsteuerungseinheit zur Verfügung stehenden Ein- und Ausgabeparameter. Ihr Input sind die Ausgangswerte der Subsysteme. Der Algorithmus der Konzeptsteuerung ist in einem Mikrorechner realisiert. Die Kommunikation zwischen der Konzeptsteuereinheit und den anderen Elementen des Konzeptfahrzeugs erfolgt über aktuelle Bluetooth-Punkt-zu-Punkt-Übertragung. Sie basiert auf einem Mikrochip samt Sende- und Empfangseinheit sowie einer den Datentransfer steuernden Software. Diese sorgt für gegenseitige Erkennung der ebenfalls über Bluetooth-Einrichtungen verfügenden anderen Elemente des Konzeptfahrzeugs. Die im Bluetooth-Mikrochip zur Steuerung des Datentransfers implementierte Software umfasst den kompletten Steuerungsalgorithmus einschließlich den der obigen Bauelemente B2) bis B5). Die Funktionsweise des Konzeptmanagementsystems wird elektronisch in der entsprechenden Fahrzeugelektronik realisiert. Dies kann zum Beispiel durch Mikrochips beziehungsweise anwendungsspezifische integrierte Schaltungen erfolgen. Das Managementsystem hat die Organisation des Zusammenwirkens der Interdependenzen der Einzelelemente zur Aufgabe. Deren Zustandssituation dient als Input zur Durchführung der Managementaktivitäten. Die dadurch erzielten Ergebniszustände bilden die Gesamtheit des Outputs. Diese wiederum bilden die Eingangswerte der Zustände für den nächsten Iterationsschritt.
So liefert die Konzeptsteuerung in ihrer Aufgabe des Managements aller Elemente des supraleitenden Konzeptfahrzeugs auf Basis der der Konzeptsteuerungseinheit zur Verfügung gestellten Ein- und Ausgangsparameter als Input die Ausgangswerte der Subsysteme. Als Output der Konzeptsteuerung dienen deren Ausgangswerte als Eingangswerte für die Subsysteme. Das Programm der Konzeptsteuerung liest zunächst die Statusparameter der Elemente B2) bis B5) ein. Diese sind die Temperaturbestimmung des HTSL und des flüssigen Stickstoffs, die Mengenbestimmung des Tankinhalts für den flüssigen Stickstoff sowie die Zustandsermittlung und -anzeige der Radnabenantriebe.
Der erfindungsgemäße Programmablauf zur Konzeptsteuerung umfasst folgende Schritte: Der Start des Programms wird durch Drehen des Zündschlüssels oder Drücken des Startknopfes ausgelöst. Mittels einer Abfrage wird durch die Konzeptsteuereinheit über eine Bluetooth-Sende-und-Empfangseinheit festgestellt, ob die Ausgangswerte der Systemsteuerung als Eingangswerte für die Subsysteme vollständig zu Verfügung stehen. Daraufhin erfolgt das Einlesen der Ist-Werte der Subelemente supraleitender Elektromotor (B2), Kühlsystem (B3), Tankanlage (B4) und Radnabenantriebe (B5).
Öffentlich zugängliche Informationen über supraleitende Elektromotoren und patentierte Konzepte zum Antrieb von Elektrofahrzeugen unter Ausnutzung supraleitender Eigenschaften wurden recherchiert. Diese waren ein Beitrag zum Nachweis der prinzipiellen Machbarkeit eines supraleitenden Elektroautos. So findet sich eine am 15. November 2011 eingereichte Offenlegungsschrift über eine „Vorrichtung zum Antreiben eines Elektrofahrzeuges“ beim deutschen Patent- und Markenamt, in der die Vorteile supraleitender Antriebe aufgeführt sind. Betont werden beispielsweise eine lange Reichweite von rund tausend Kilometern, kurze Ladezeiten von einigen Minuten, hohe Energiedichten und hohe Wirkungsgrade von ca. 99 Prozent. All das ermöglicht Vorteile der supraleitenden Fahrzeugantriebe im Vergleich zu konventioneller Batterietechnik.
Auch der im Jahr 2019 stark emotional fortgeführte Diskurs über die Mobilität der Zukunft könnte durch den angeführten Konzeptvorschlag bereichert werden. Dieselfahrverbote und Feinstaub standen im Vordergrund der öffentlich geführten Diskussion. Wären den Diskutanten die Vorteile eines supraleitenden Autos wie hier beschrieben bekannt gewesen, hätte der Diskurs vielleicht einen anderen oder zusätzlichen Verlauf genommen …
Denn die Reichweiten von Elektroautos betrügen nicht mehr nur einige Hundert Kilometer, sondern wie in der Patentschrift beschrieben rund 1.000 Kilometer. Die Elektroautos wären absolut abgasfrei. Eine Tankinfrastruktur für flüssigen Stickstoff müsste natürlich aufgebaut werden, wie dies für andere batteriebetriebene Elektroantriebe auch nötig wäre.
Kapitel 2: Bionik
„Natürliche Repliken“
Die Schöpfung bietet die besten Vorbilder für technologische Innovationen. Bereits Leonardo da Vinci erkannte und beschrieb die wesentlichen Merkmale des Vogelfluges und begründete so die Technische Biologie, die man auch Bionik nennt. Der Begriff Bionik geht auf eine Wortprägung des amerikanischen Luftwaffenmajors Jack Ellwood Steele im Jahr 1958 zurück. Der Begriff wurde offiziell 1960 als Titel für ein diesbezügliches dreitägiges Symposium benutzt.
Ab Mitte der 1980er-Jahre begann ich, mich für bionische Themen zu interessieren. Speziell hatte ich mir zum Ziel gesetzt, eine Expertenkommission aufzubauen und zu betreuen, die mit renommierten und anerkannten Fachleuten der unterschiedlichen Sparten der Bionik interdisziplinär besetzt sein sollte.
Hier möchte ich eine in meinen Augen relevante Auswahl bionischer Themengebiete näher beleuchten. Dabei wird uns der ein und andere Experte samt zugehöriger Bionik-Disziplin begegnen. Auf dem Gebiet der Evolutionsstrategie ließ ich mich zu eigenen Anwendungen inspirieren, um diese für die Bestimmung des minimalen Radarquerschnitts von Objekten anzuwenden, also lax gesagt zur Radartarnung, was ich in diesem Kapitel näher ausführe.
Hinsichtlich des angesprochenen Falls von Leonardo da Vinci wurde von ihm festgestellt, dass sich beim Abschlag des Vogelflügels die Federn wegen ihrer besonderen gegenseitigen Lagerung zu einer geschlossenen Fläche formen, wohingegen sie sich beim Aufschlag auffächern und Luft durchströmen lassen. Da Vinci schlug zur technischen Realisierung seiner Beobachtung vor, aus Weidenruten und imprägniertem Leinen gefertigte Schaltflächen zu verwenden, die sich beim Abschlag analog schließen, beim Aufschlag jedoch mit Klappen zur Durchströmung der Luft öffnen würden. Es waren just diese Erkenntnisse, die wagemutige Männer dazu verleiteten, mit Schlagflügeln fliegen zu wollen, mit katastrophalen Ergebnissen für die „Testpiloten“.
So einfach scheint die Übertragung angepasster und ausgereifter biologischer Systeme in die Welt der Technik allerdings nicht zu sein. Professor Dr. Werner Nachtigall, einer der Pioniere der Bionik, formuliert in seiner Publikation über „Einsatz und Produktpotenziale der Technischen Biologie und Bionik“ die wesentlichen Prinzipien zum Thema „von der Natur lernen“, es handle sich keineswegs nur um eine simple Blaupause der Natur für technische Umsetzungen, sondern mehr um Inspirationen der Natur, deren technische Verwirklichungen von Fall zu Fall unter Einbringung aller hierzu relevanten Kenntnisse aus Wissenschaft und Technik investigiert werden müssten. Im Falle des zitierten Vogelflugs hat es sich vor dem inzwischen fortgeschrittenen Stand der Technik als vorteilhaft erwiesen, Erkenntnisse der Technischen Physik aus dem Teilgebiet Aerodynamik einzubeziehen. Dieses Beispiel zeigt den unabdingbaren Charakter der Interdisziplinarität der Bionik. Man nimmt also Vorlagen der Natur als Anregung für technologisch eigenständige Entwicklungen, zu deren Machbarkeit alle Wissenschaftsdisziplinen einbezogen werden. Lernen von der Natur als Anregung für eigenständiges technologisches Gestalten ist die Devise und nicht bloßes Abkupfern.
Werner Nachtigall brachte es 1993 in der folgenden allgemeinen Definition auf den Punkt: „Bionik als wissenschaftliche Disziplin befasst sich mit der technischen Umsetzung und Anwendung von Konstruktions-, Verfahrens- und Entwicklungsprinzipien biologischer Systeme.“ Demnach ist die Bionik eine klar formulierbare Disziplin und Vorgehensweise. Sie führt die durch die Vorgehensweise der Technischen Biologie entdeckten und erforschten Aspekte der Biologie einer technischen Umsetzung und Anwendung zu. Dies kann sich auf drei Komplexe beziehen, nämlich auf Konstruktionen der Natur (Konstruktionsbionik), Vorgehensweisen oder Verfahren der Natur (Verfahrensbionik) und deren Informationsübertragungs-, Entwicklungs- und Evolutionsprinzipien (Informationsbionik). Eine bionische Vorgehensweise kann also in viele technische Ansätze mit hineinspielen, die zukünftige Technologien entscheidend beeinflussen können.
Ansatzmöglichkeiten zu bionischen Vorgehensweisen, die den Einsatz und die Produktpotenziale der Technischen Biologie und Bionik kennzeichnen können, umfassen unter anderem die Materialbionik. Biologische Materialien entstehen entweder in einem einmaligen „Gussvorgang“, etwa Diatomeen- und Radiolarien-Skelette, oder in schichtweisem Aufbau, wenn Substanzen von Zellen und Zellschichten (Epithelien) abgegeben werden. Sie sind sehr unterschiedlich zusammengesetzt, von den Silikatstrukturen der genannten Kleinlebewesen über biochemische Laminatstrukturen bei horn- oder