The living design - the integration of microalgae into the design process

This bachelor's thesis examines the integration of living biological elements in the form of microalgae into the design process of products.

The FDM 3D printing process is used to create test objects, exploring surface structures and factors like light transmission for microalgae adhesion.

Bachelor Thesis | Lukas Uhlitz

Abstract English

This bachelor thesis investigates the integration of living biological elements in the form of microalgae into the design process of products. The investigations take place against the background of biodesign, a new field of research in design. Part of this work is therefore also the closer examination of the Biodesign, as an evolving field of design.

The algae required for the research process are cultivated independently. cultivated. Within the framework of a cooperation with the IZI-BB of the Fraunhofer Institute, the basic algae strain was cultivated and provided by Dr. Thomas Leya. Furthermore, the basic biological knowledge required for the cultivation of the algae biological knowledge required for the cultivation is additionally deepened by extensive literature research.

The FDM 3D printing process is then used to produce a series of test objects on the surfaces of which the microalgae are to attach are to adhere to. The process offers the possibility to explore different surface structures and other factors such as light transmission.

The final outcome of the project is the formal design of a product, which is also manufactured using the FDM 3D printing process. The product design is implemented in the form of a luminaire. Realized in the form of a luminaire. As part of the cooperation, this lamp will be designed as an exhibit for the Fraunhofer Institute. The exhibition object illustrates the interdisciplinary cooperation of biology and design. At the same time it serves as an exemplary concept in the field of biodesign and shows new potentials as well as approaches for product design.

Abstract Deutsch

Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die Integration von lebenden biologischen Elementen in Form von Mikroalgen in den Gestaltungsprozess von Produkten. Die Untersuchungen finden vor dem Hintergrund des Biodesign statt, einem neuen Forschungsfeldes in der Gestaltung. Teil dieser Arbeit ist daher auch die nähere Betrachtung des Biodesign, als sich entwickelndes Gestaltungsfeld.

Die für den Forschungsprozess benötigten Algen werden selbstständig kultiviert. Im Rahmen einer Kooperation mit dem IZI-BB des Fraunhofer Institut wurde der Algenbasisstamm hierfür von Dr. Thomas Leya kultiviert und zur Verfügung gestellt. Desweiteren werden die für die Kultivierung erforderlichen biologischen Grundkenntnisse zusätzlich durch eine Umfangreiche Literaturrecherche vertieft.

Durch das FDM 3D-Druckverfahren wird anschließend eine Reihe von Testobjekten erstellt auf deren Oberflächen sich die Mikroalgen anheften sollen. Das Verfahren bietet dabei die Möglichkeit, verschiedene Oberflächenstrukturen und andere Faktoren wie Lichtdurchlässigkeit zu explorieren.

Am Ende der Arbeit steht der gestalterische Entwurf eines Produktes, dessen Herstellung ebenfalls mit dem FDM 3D-Druckverfahren erfolgt. Der Produktentwurf wird in Form einer Leuchte zur Umsetzung gebracht. Im Rahmen der Kooperation wird diese Leuchte als Ausstellungsobjekt für das Fraunhofer Institut konzipiert. Das Ausstellungsobjekt veranschaulicht dabei die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Biologie und Design. Damit dient es gleichzeitig als exemplarischer Entwurf im Bereich des Biodesigns und zeigt neue Potentiale sowie Herangehensweisen für die Produktgestaltung auf.

Bachelor Thesis | Buch

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Einblicke in die Arbeit

Fragestellung

Der Mensch sieht sich durch sein destruktives Verhalten und den damit einhergehenden Konsequenzen, wie dem Klimawandel und dem Artensterben, mit einer Reihe von Herausforderungen konfrontiert. Die Beziehung zwischen dem Menschen und der Natur ist seit langem vor diesem Hintergrund als gestört zu betrachten.

Viele Gestaltende haben es sich daher zur Aufgabe gemacht, die aktuellen Herausforderungen anzugehen und nach potentiellen Lösungen zu suchen. Ein Ansatz, bei dem sich die Gestaltenden auf ihrer Suche wieder der Natur zuwenden. Die Herangehensweise ist dabei nicht neu, seit jeher suchen Gestaltende die Verbindung zur Natur. Sie dient als große Inspirationsquelle und Vorbild für technische Innovationen (Eggermont et al., 2022, S. 6). In der jüngeren Vergangenheit hat dieses Vorgehen spannende neue Forschungsfelder hervorgebracht.

Neben der Biomimethik, dem Biomorphismus und der Biosynthetik entwickelt sich zur Zeit das junge Feld des Biodesigns. Während sich die Biomimethik auf die Nachbildung von Strukturen, Modellen und Funktionen natürlicher Elemente konzentriert, bietet das Biodesign einen anderen Ansatz für Gestaltende.

Natürliche Elemente haben dabei die Möglichkeit, nicht nur als Vorbild zu dienen, sondern auch direkt in den Gestaltungsprozess mit einbezogen zu werden. Durch die Verflechtung von Biologie und Design ergibt sich damit ein neues Potential in der Produktgestaltung.

In diesem Kontext bieten sich Mikroalgen durch ihre vielfältigen Eigenschaften als spannendes Forschungsobjekt an. Besonders interessant ist hierbei die Möglichkeit zur nachhaltigen Vermehrung der Biomasse mittels Licht, Nährstoffen und Kohlendioxid. Bei der Produktion von Futtermitteln oder als Nahrungsergänzungsmittel kommen Algen zwar bereits zum Einsatz, finden im Alltag jedoch nur wenig Beachtung (Rosello Sastre & Posten, 2010, S. 3-13).

Der Gestaltungsansatz des Biodesigns bringt nicht nur neue Sichtweisen mit sich, sondern wirft auch neue Fragen auf. Inwiefern ist es möglich, Mikroalgen in die Gestaltung von Objekten zu integrieren? Welche Mikroalgen eignen sich für den Einsatz in der Gestaltung? Unter welchen Aspekten ist es für Gestaltende möglich, auch ohne weitreichende biologische Vorkenntnisse in diesem Themenfeld zu agieren?

Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, Antworten auf diese Fragen zu finden und in einem Ausstellungsobjekt zur Umsetzung zu bringen. Das Ausstellungsobjekt ist Teil der interdisziplinären Kooperation mit dem IZI-BB des Fraunhofer Instituts und stellt einen exemplarischen Produktentwurf im Bereich des Biodesign dar.