Aufgrund von Vorteilen, wie einer geringen mechanischen Komplexität, geringem Gewicht und der Abwesenheit von Reibung oder Verschleiß, werden nachgiebige kinetische Systeme zunehmend auch für großflächige Anwendungen, wie zur Fassadenverschattung, eingesetzt. Um die Vorteile nachgiebiger Systeme auch für die Aktuierung zu nutzen, wurden in zwei Fallstudien bioinspirierte gelenkfreie Aktuatierungsprinzipien entwickelt. Beide konnten in physikalischen Prototypen 2-dimensionalen nachgiebige Systemen erfolgreich aktuieren. Zusätzlich wurde ein adaptives Steifigkeitskonzept entwickelt, um die Tragfähigkeit temporär steigern zu können. In einem bionischen Top-Down-Ansatz wurden zunächst die Blattfaltung durch Turgorschwankungen in den vergrößerten bulliformen Zellen der Modellpflanze Sesleria nitida mit Hilfe einer FEA untersucht. Die Experimente zeigen, dass der Turgordruck das Blatt gegen eine vorhandene Vorspannung öffnet. In den bulliformen Zellen vorkommende Turgor- und Volumenschwankungen erzeugen Kräfte, die hoch genug sind, um das Blatt zu öffnen und passiv zu schließen. Dieses auf Druck basierende Antriebsprinzip wird zu einer technischen Zellstruktur abstrahiert, die aus mehreren, aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellten, Zellen mit nachgiebigen Gelenken besteht. Eine Erhöhung des Zellinnendrucks bewirkt eine Rekonfiguration der technischen Zelle, was zur Biegung des Aktuators führt. Gleichzeitig weisen dünnwandige Pflanzengewebe eine starke turgorabhängige Steifigkeit auf. Auch im technischen Aktuator steigt die Steifigkeit proportional mit dem Zellinnendruck. Durch das Hinzufügen einer zweiten, entgegenwirkenden Zellreihe kann die Steifigkeit des Aktuators unabhängig von der Biegung gesteuert werden. In dieser Konstellation wird die Biegung durch das Verhältnis der Zellinnendrücke in den beiden Zellreihen bestimmt. In physikalischen und numerischen Experimenten steigt die Steifigkeit eines zellulären Aktuators bei einer Druckerhöhung um 1 bar um den Faktor 2,5. Im Rahmen des zweiten bionischen Entwicklungsprozesses wurde ein pneumatischer Aktuator entwickelt, der vollständig in das Laminat eines GFKs integriert ist. Dieser Ansatz ermöglicht eine einfache Herstellung und ein schlankes, homogenes Erscheinungsbild. Als Vorbild für den Laminataufbau des GFKs diente die Ultrastruktur der Flügeladern der Streifenwanze (Graphosoma lineatum italicum). Wird die pneumatische Kammer, analog zu der Resilin-enthaltenden Endocuticula im biologischen Vorbild, mit einer elastomeren Schicht umgeben, verhindert dies die Delamination der Laminatschichten. Bei einer Erhöhung des Innendrucks führen die exzentrische Platzierung der pneumatischen Kammer und die größere Nachgiebigkeit der dünneren Lagen zu einer Rotation in diese Richtung. Auf diese Weise wird bei der Platzierung in einer Gelenkzone mit größerer Nachgiebigkeit eine Faltbewegung erzeugt. Eine quasi-uniforme Biegung wird durch die Platzierung einer großflächigen pneumatischen Kammer in einer Platte, mit verteilter Nachgiebigkeit, erreicht. Die adaptive Steifigkeit wird durch eine antagonistische Aktuatoranordnung realisiert. Diese ist inspiriert von antagonistischen Muskeln, die für die Versteifung von Skelettgelenken notwendig sind. Ein Innendruck von 1,8 bar in beiden antagonistischen Aktuatoren erhöht die Steifigkeit einer GFK-Platte um 60% im Vergleich zum druckfreien Zustand.weiterlesen