am Puls Biologie 7 RG, Schulbuch

85 Bewegung Blick in die Forschung Bionische Bewegungen Biologie plus Technik macht Bionik Leben auf der Erde gibt es seit über 4 Milliarden Jahren – genug Zeit, um Prozesse zu optimieren. Diese Optimierung erfolgte nicht im Design-Studio, sondern durch natürliche Selektion: Entstand durch Zufall eine Struktur, die etwas bes- ser funktionierte als die vohergehende, ergab dies einen Vor- teil. So wundert es nicht, dass die Fülle an Lebewesen bemer- kenswerte Lösungen für alle erdenklichen Anforderungen in der Natur aufweisen kann. Technikerinnen und Techniker versuchen ebenfalls, optimale Lösungen für diverse Probleme zu finden. Der Forschungs- zweig der Bionik 1 versucht, anhand des Vorbildes Natur effizi- ente technische Produkte herzustellen. Auch wenn es sich um ein modernes Forschungsfeld handelt, hat bereits Leonardo da Vinci 2 im 16. Jahrhundert Flugmaschinen nach dem Vorbild des Vogelflugs konzipiert. Heute ist die Bionik ein aktives For- schungsfeld, viele Universitäten und Fachhochschulen bieten das Fach als Teil ihrer Ausbildung an – in sehr unterschied- lichen Bereichen, von Architektur bis Zoologie! Die Natur als Vorbild für effiziente Bewegung Wissenschafterinnen und Wissenschafter aus dem Bereich Bionik forschen in viele Richtungen (zB Oberflächenstruktu- ren oder Materialforschung, auch der dir sicher bekannte Klettverschluss wurde nach dem Vorbild der Klette entwi- ckelt). Ein wesentliches Forschungsfeld der Bionik ist die Bewegung von Lebewesen – und technischen Objekten. Relativ bekannt und bereits lange in Verwendung ist das Beispiel U-Boot, das (neben der offensichtlichen Stromlinien- form) das Prinzip der Schwimmblase der Fische nachahmt: U-Boote besitzen Tauchzellen, die entweder mit Wasser aus der Umgebung oder Luft (aus mitgeführten Druckluftbehäl- tern) gefüllt werden können. Dadurch kann der Auftrieb regu- liert werden – das U-Boot steigt, schwebt oder sinkt – genau wie Fische mit Schimmblasen. Weniger bekannt ist das Mercedes-Benz Bionic car , ein Kon- zeptfahrzeug, das sich an der Form der Kofferfische orientiert und so eine sehr strömungsgünstige – und damit Treibstoff sparende – Gestalt darstellt. Interessant sind auch bionische „Tiere“, die die natürlichen Bewegungen ihrer Vorbilder imitieren. 2015 hat eine deutsche Firma mit dem Projekt BionicANTs elektromechanische Amei- sen vorgestellt ( k Abb. 16). Die Forscherinnen und Forscher haben nicht nur die Anatomie echter Ameisen zum Vorbild genommen, sondern auch das kooperative Verhalten dieser Tiere. Über Sensoren, Funkmodule und Mikroelektronik kom- munizieren die „Tiere“ miteinander und stimmen ihr Verhalten aufeinander ab. Das Verhalten wird nicht von einem zentralen Computer ge- steuert, vielmehr trägt jede Ameise die Regelungsstrategien in ihren Chips bei sich – wie bei echten Ameisen erarbeitet die „Schwarmintelligenz“ die Lösung zu Probleme. Abb.16: BionicANT. Diese technische Ameise wurde nach bionischen Prinzipien konstruiert und soll neben der Bewegung einer Ameise auch die Schwarmintelligenz einer größeren Zahl von Tieren nachstellen können. Die Hersteller entwickeln auch bionische Kängurus („bionicKangaroo“), Fische („Airacuda“), Quallen („Aqua- Jelly“) und Schmetterlinge („eMotionButterflies“). Glossar 1 Bionik: Kunstwort aus Biologie und Technik. Der Begriff „bionics“ wurde 1960 vom U.S.-Amerikanischen Neurologen und Luft- waffenmajor Jack E. Steele geprägt. 2 Leonardo da Vinci: italienischer Künstler und Naturforscher (1452 bis 1519). Aufgaben W 1 Informiere dich, in welchen Studien- gängen in Österreich das Forschungsfeld Bionik angeboten wird. Gib an, welche Aus- bildungen an welchen Universitäten bzw. Fachhochschule zur Wahl stehen. E 2 Bionische Modelle: Suche im Internet nach Videos von den Produkten, die in der Bildbeschriftung von Abb. 12 genannt sind. Betrachte die Videos und suche nach Videos, die die Bewegung der Vorbilder zeigen. Be- obachte die Bewegungen im Vergleich und fasse Unterschiede und Gemeinsamkeiten zusammen. Basiskonzept Variabilität, Verwandtschaft, Geschich- te und Evolution: Warum haben sich in der Evolution keine Räder entwickelt? Dass technisch konstruierte Land-Fahrzeuge stets Räder haben und sich somit „rollend“ bewe- gen, Land-Tiere aber immer laufen oder krie- chen, hat mit dem Untergrund zu tun: Ein Zug oder ein Auto benötigt eine möglichst feste, ebene Oberfläche. Diese sind in der Natur vielfach nicht vorhanden. Selbst Geländefahr- zeuge oder Panzer mit Ketten können nicht in jedes Gelände vordringen, das Menschen oder Tiere „zu Fuß“ gut erreichen können. Literatur: Festo AG & Co. KG BionicANTs: Kooperatives Verhalten nach natürlichem Vorbild. 2015, https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/367916/Festo_BionicAnts_de.pdf (Zugriff am 23.08.2017). Nu r zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv