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Abstract
Integrating bioinspired design and additive manufacturing into engineering education fosters innovation to meet the growing demand for accessible, personalized assistive technologies. This paper presents the outcomes of an international course, “3D Prosthetics and Orthotics”, offered to undergraduate students in the Biomimetic program at Westfälische Hochschule (Germany), in collaboration with the 3D Orthotics and Prosthetics Laboratory at the Federal University of São Paulo—UNIFESP (Brazil). The course combined theoretical and hands-on modules covering digital modeling (CAD), simulation (CAE), and fabrication (CAM), enabling students to develop bioinspired assistive devices through a Project-based learning approach. Working in interdisciplinary teams, students addressed real-world rehabilitation challenges by translating biological mechanisms into engineered solutions using additive manufacturing. Resulting prototypes included a hand prosthesis based on the Fin Ray effect, a modular finger prosthesis inspired by tendon–muscle antagonism, and a cervical orthosis designed based on stingray morphology. Each device was digitally modeled, mechanically analyzed, and physically fabricated using open-source and low-cost methods. This initiative illustrates how biomimetic mechanisms and design can be integrated into education to generate functional outcomes and socially impactful health technologies. Grounded in the Mao3D open-source methodology, this experience demonstrates the value of combining nature-inspired principles, digital fabrication, Design Thinking, and international collaboration to advance inclusive, low-cost innovations in assistive technology.
In diesem Beitrag soll deutlich gemacht werden, an welchen Stellen eines Entwicklungsprozesses Bionik die Entwicklungsarbeit in einem Unternehmen stärken kann. Es werden die Arbeitsabschnitte benannt, in denen der Einsatz von Bionik als besonders erfolgversprechend erachtet wird, und was bei der Durchführung beachtet werden sollte. Darauf aufbauend werden konkrete Methoden benannt, die spezifisch für die Bionik sind, und erläutert, in welchen Arbeitsabschnitten ein Einsatz möglich ist.
Das härteste Wettbewerbsumfeld ist die Natur. Ein hoher Selektionsdruck führt dort zu Organismen, die mit geringem Aufwand besser an die herrschenden Bedingungen angepasst sind, als die Wettbewerber. Die hierzu verwendeten Strategien zum Materialeinsatz sind sehr effizient und als Strukturoptimierung abstrahiert auch in der Technik anwendbar. In diesem Vortrag werden Optimierungsmethoden und Vorgehensweisen für einen effizienten Materialverbrauch vorgestellt und diskutiert.
Das härteste Wettbewerbsumfeld ist die Natur. Ein hoher Selektionsdruck führt dort zu Organismen, die mit geringem Aufwand besser an die herrschenden Bedingungen angepasst sind, als die Wettbewerber. Die hierzu verwendeten Strategien zum Materialeinsatz sind sehr effizient und als Strukturoptimierung abstrahiert auch in der Technik anwendbar. In diesem Vortrag werden Optimierungsmethoden und Vorgehensweisen für einen effizienten Materialverbrauch vorgestellt und diskutiert.
Orthoses are widely used to support or modulate neuromuscular and skeletal function; however, their clinical effectiveness is often limited by discomfort, poor adaptability, and suboptimal human–device interaction. Biomimetics has emerged as a structured design paradigm capable of enhancing orthotic performance by systematically translating biological principles into engineering solutions. This scoping review examined biomimetic strategies in the development of orthoses. A structured search was conducted across PubMed, IEEE Xplore, Web of Science, and Scopus (2000–2025). Of 453 identified records, 14 met the inclusion criteria. Biomimetic orthosis research emerged predominantly after 2012, with increased activity after 2021. Human-based biological models, particularly muscle–tendon systems, predominated. Most studies relied on functional abstraction and were implemented using cable-driven or electromechanical actuation. None of the included studies explicitly referenced established biomimetics standards (e.g., ISO 18458), and descriptions of biological analysis, abstraction, and transfer were frequently incomplete. Experimental validation was generally limited to prototype-level testing, small sample sizes, and short-term evaluations, with no longitudinal or multicenter studies identified. These findings reveal a structural imbalance between conceptual biomimetic inspiration and structured methodological implementation. Based on this analysis, a structured biomimetic workflow is proposed to enhance traceability, reporting clarity, and clinical translation in the development of orthosis.

