Das EU-Projekt Locomorph untersuchte die Roboter-Fortbewegung und versucht Laufroboter durch Effizienz, Robustheit und die Fähigkeit zur Fortbewegung in unbekannter Umgebung zu verbessern. Das Kunstwort Locomorph setzt sich aus der Locomotion (Fortbewegung) und der Morphologie (Körperbau) zusammen.
Durch die Erforschung dieser beiden Aspekte wollen die Forscher Roboter entwickeln, die über eine optimale Wendigkeit, Selbst-Stabilisierung, Energieeffizienz und eine hohe Anpassungsfähigkeit an unbekannte Umgebungen aufweisen. Die Vision sind Roboter, die sich unabhängig von der Oberfläche sicher fortbewegen.
Biologen, Physiker und Ingenieure aus Belgien, Canada, Dänemark, Deutschland und der Schweiz arbeiten an den optimalen morphologischen Faktoren, wie Form, Material, Sensortechnik und Körper-Segmentierung. Dazu untersuche sie die unterschiedlichsten Tiere, um deren jeweilige Fortbewegungsstrategie zu entschlüsseln und die Ergebnisse in die Robotik einfließen zu lassen. ...weiterlesen "Robotik: Roboter lernen laufen"
Schlagwort: Bionik
Selbstschärfende Messer
Klingen, scharf wie Rattenzähne, die sich selbst schärfen
Die Nagezähne von Ratten waren Vorbild für selbstschärfende Schneiden aus einem harten und einem weichen Material. Ratten haben eine spitze Schnauze und eine gespaltene Oberlippe. Sie besitzen einen Schneidezahn und drei Mahlzähne pro Kieferhälfte, insgesamt also 16 Zähne. Die Schneidezähne sind wurzellos und wachsen lebenslang nach – müssen also durch Benagen ständig abgerieben werden. ...weiterlesen "Selbstschärfende Messer"
Sonnencreme mit Quallenschutz
Clownfisch „Nemo“ schützt sich mit einem Trick vor dem Gift der Seeanemonen. Der bunte Clownfisch lebt in Symbiose mit giftigen Seeamenomen: Er legt seine Eier im Innern der zu den Nesseltieren zählenden Seeanemonen ab und schützt den Symbiosepartner im Gegenzug vor Fressfeinden.
Spinnenseide: stabil und elastisch
Spinnenseidefäden sind fest wie Stahl, dehnbar wie Gummi und dabei enorm reißfest.
Der Seidenfaden der Spinne ist eine einzigartige Naturfaser. Belastungstests mit natürlichen Spinnenfäden ergaben, dass diese bis zu fünf Mal fester als Stahl sind. Dabei sind die Fäden im Schnitt zehn Mal dünner als ein menschliches Haar. Gleichzeitig lässt sich dieses Naturprodukt auf die dreifache Länge dehnen, bevor es reißt. Die Dehnbarkeit übersteigt damit die eines Nylonfadens. Das besondere an den Seidenfäden ist, die Kombination der Eigenschaften stabil und elastisch. Künstliche Fasern wie Nylon oder Keflar besitzen immer nur eine dieser Eigenschaften. Außerdem ist Spinnenseide - im Gegensatz zu Kunstfasern - vollständig biologisch abbaubar.
Spinnen sind in der Lage, bis zu sieben verschiedene Seidenarten zu produzieren – je nach Einsatzzweck. So kann ein Faden dick, dünn oder gar klebrig sein. Unabhängig von der Art des Fadens bestehen alle Spinnenfäden aus Eiweißmolekülen. Dabei entscheiden die Reihenfolge der einzelnen Aminosäuren, die Bausteine der Eiweiße, und die räumliche Anordnung der Aminosäureketten über die Eigenschaft des produzierten Fadens. So besteht der Haltefaden der Spinne aus vielen Einzelsträngen, wodurch er besonders fest wird. ...weiterlesen "Spinnenseide: stabil und elastisch"
Synästhesie: Farben hören
Das Phänomen der Synästhesie bezeichnet eine Kopplung zweier physischer Sinneswahrnehmungen, d.h. Synästhetiker kombinieren im Gehirn zwei Sinneseindrücke miteinander. Die meisten Synästhetiker verbinden Zahlen mit Farben, einige schmecken Töne, wenn sie Musik hören. Synästhesie ist angeboren. Ungefähr 5 Prozent aller Menschen sind Synästhetiker. Diese Menschen besitzen häufig ein gutes Gedächtnis und sind kreativ. Einige Künstler wie der Maler Wassily Kandisky, der Komponist Franz Liszt und der Musiker Jimi Hendrix waren angeblich Synästhetiker.
Wortherkunft: Das Wort Synästhesie ist eine Kombination aus zwei griechischen Wörtern: syn bedeutet "zusammen" und aesthesis "Empfindung".
Tast-Sensoren wie Schnurrhaare
Roboter erkunden ihre Umwelt mit Tasthaaren
Obwohl Sehen und Hören sowohl dem Menschen als auch den Tieren viele Informationen vermitteln – ohne den Tastsinn fiele die Orientierung schwer.
Während der Sehsinn vorrangig Informationen über weit entfernte Objekte liefert, ist der Tastsinn für die Erkundung naheliegender Hindernisse zuständig. Vor allem nachtaktive Tiere und Meereslebewesen verlassen sich weit stärker auf ihre Haptik als auf ihre Augen. Ratten und Spitzmäuse bewegen ihre Tasthaare im Gesicht mit schnellen Bewegungen äußerst kontrolliert vor und zurück. So ertasten sie ihre unmittelbare Umgebung. Sie erkennen dabei Objekte, bestimmen deren Form, Größe und Oberfläche und verfolgen auf Grund der haptischen Sinnesinformationen ihre Beute. So gelingt es der Spitzmaus, dem kleinsten bekannten Säugetier, Beutetiere von beinahe der eigenen Körpergröße zu erlegen. Um erfolgreich zu sein, muss sie sehr schnell und präzise angreifen. Dabei verlässt sie sich sehr stark auf ihren ausgeprägten Tastsinn. ...weiterlesen "Tast-Sensoren wie Schnurrhaare"
Tsunami-Warnsystem: Datenübertragung nach dem Vorbild des Delfinfunks
Gute Augen nützen Meereslebewesen bei der Orientierung unter Wasser, wegen der schlechten Sicht, wenig. Deshalb nutzen viele Fische akustische Signale, um sich im trüben Wasser zu Recht zu finden. Diese Töne hört auch der Mensch. Taucher berichten über Knack-, Knurr-, Klick-, Grunz- und Trommellaute unter Wasser. Doch Schallwellen dienen nicht ausschließlich der Orientierung. So nutzen beispielsweise Delfine Ultraschallwellen zur Kommunikation.
Im Unterschied zu Lichtwellen absorbiert Wasser Schallwellen kaum. Zudem breiten sich Schallwellen über wesentlich größere Distanzen unter Wasser aus. Nachteilig sind die relativ niedrige Ausbreitungsgeschwindigkeit und die hohe Störanfälligkeit von Schallwellen im Wasser. Störend wirken beispielsweise Wellen oder Fischschwärme sowie Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur und Salzkonzentration. Einzelne Signalkomponenten können so unterschiedliche Wege nehmen und treffen mit einem leichten Zeitversatz beim Empfänger ein. Hieraus ergeben sich Überlagerungen, Verzerrungen und Nachhalleffekte. ...weiterlesen "Tsunami-Warnsystem: Datenübertragung nach dem Vorbild des Delfinfunks"
Verkehrssysteme profitieren von Schwarmforschung
Schwarmintelligenz hilft Staus zu vermeiden und Massenpaniken frühzeitig zu erkennen.
Ein Schwarm ist eine einheitliche Masse aus Individuen, die sich scheinbar homogen bewegt. Die Intelligenz des Schwarms als Ganzes zeigt sich an dem abgestimmten Zusammenspiel des Verhaltens des Einzelnen und der gesamten Masse.
Dem Schwarm-Verhalten steht das Rudel-Prinzip gegenüber. In einem Fischschwarm funktionieren alle Fische wie ferngesteuert. Kein einzelner schwimmt zu dicht auf oder verliert den Anschluss. Selbst wenn plötzlich ein Richtungswechsel erfolgt, gibt es keine Zusammenstöße oder Ausreißer, die es nicht mitbekommen haben. Auch Insektenschwärme und Vögel sind zu diesem Verhalten in der Lage. Die Antworten auf die Fragen, wie sich die Masse lenkt, welche Mechanismen die Steuerung übernehmen und nach welchen Gesetzen die Individuen handeln, sind für die Verkehrsforschung äußerst interessant – und bislang weitgehend unbekannt. ...weiterlesen "Verkehrssysteme profitieren von Schwarmforschung"
Virtual Reality (VR) in der Prothetik
Menschen, denen eine Extremität (Hand, Arm, Fuß, Bein) amputiert werden musste, haben oft Probleme mit ihren Protesen. Sie empfinden die künstlichen Gliedmaßen als nicht zu ihrem Körper zugehörig. Gleichsam spüren sie ihre nicht mehr vorhandenen Gliedmaßen; sie denken, diese zu bewegen oder fühlen Schmerzen. Dieses Phänomen nennt man Phantomschmerzen. ...weiterlesen "Virtual Reality (VR) in der Prothetik"
Von der Natur inspirierte Belüftungsanlagen
Windtürme funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Termitenhügel
Natürliche Kühlung von Bauten beruht auf einem physikalischen Prinzip: dem Kamineffekt. Dabei handelt es sich um einen natürlichen Saugzug.
Eine Klimaanlage dient zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Raumklimas. Das Raumklima umfasst die Temperatur, Luftfeuchtigkeit und -qualität in Innenräumen. Ein für den Menschen angenehmes Raumklima hat eine Temperatur von etwa 22 Grad Celsius und circa 50 Prozent relative Luftfeuchtigkeit. ...weiterlesen "Von der Natur inspirierte Belüftungsanlagen"
Wabenstrukturen: leicht und stabil
Die Natur hat den Leichtbau perfektioniert. Mit minimalem Energie- und Materialeinsatz hat sie eine Vielzahl an stabilen und gleichzeitig leichten Konstruktionen hervorgebracht.
Die Wabenbauten der Bienen weisen eine extrem hohe Stabilität auf und besitzen gleichzeitig ein äußerst geringes Gewicht. Belastungen werden über die Wabenwände auf den gesamten Wabenbau verteilt und wirken somit nicht punktuell. Die sechseckigen Waben verleihen der Konstruktion ihre Stabilität. Durch die Hohlräume werden Ressourcen eingespart und das eingesetzte Material, der Wachs, ist vollständig recyclebar. Auch die Feldwespe baut sechseckige Nester. Als Baumaterial dienen ihr Holzfasern, die mittels des Speichels zu einer papierähnlichen Substanz verarbeitet werden. ...weiterlesen "Wabenstrukturen: leicht und stabil"
Waldbrandortung: Wie der Kiefernprachtkäfer Feuer aufspürt
Der 'Schwarze Kiefernprachtkäfer' hat sich für seinen Nachwuchs eine außergewöhnliche Kinderstube ausgesucht: frisch verbranntes Holz. Für die Larven des fingernagelgroßen Käfers ist es eine Delikatesse und zugleich gibt es in einem gerade abgebrannten Waldstück keine Fressfeinde. Denn bei einem Feuer fliehen die meisten Lebewesen vor den Flammen und kehren nur langsam an den Unglücksort zurück. In der Zwischenzeit futtern sich die Larven dick und rund. Die Gattung melanophila acuminata besetzt mit dieser Taktik erfolgreich eine ökologische Nische. ...weiterlesen "Waldbrandortung: Wie der Kiefernprachtkäfer Feuer aufspürt"
Wärmedämmung nach Eisbärenart
Eisbären schützen sich durch die Kombination mehrerer Effekte erfolgreich vor der eisigen Kälte. Das weiße Fell des Eisbären erfüllt mehrere sinnvolle Funktionen, die dem Arktisbewohner das Leben unter den herrschenden Bedingungen erleichtert. So dient die weiße Farbe des Fells der Tarnung. Damit kann sich der bis zu drei Meter große Jäger unbemerkt in der schneebedeckten Landschaft unbemerkt an seine Beute heranschleichen. Das dichte Fell dient daneben zum Schutz gegen die Kälte. Die einzelnen Haare sind von einem öligen, wasserabweisenden Film umgeben. Deshalb macht dem Eisbären auch ein kleines Bad im eiskalten Wasser nichts aus. Denn nach dem Schwimmen schüttelt er sämtliche Wassertropfen einfach aus dem Fell. So kann auch Schnee nicht im Fell gefrieren. Gleichzeitig schließen die dicht stehenden Fellhaare Luft ein und erzeugen so eine Isolierschicht. Hierdurch kann die Körperwärme nicht so leicht entweichen. Dieser Effekt wird beim Eisbärenfell durch die starke Kräuselung der einzelnen Haare verstärkt. Das dichte Haargeflecht bildet ein Luftpolster um den Eisbärenkörper. ...weiterlesen "Wärmedämmung nach Eisbärenart"
Weniger Frostschäden durch Proteine
Natürliche Frostschutzmechanismen für technische Anwendungen
Strommasten und -kabel, Flugzeugtragflächen, Windräder oder Rollläden werden durch die witterungsabhängige Eisbildung in ihrer Funktion stark beeinträchtigt und müssen aufwendig und oft kostenintensiv vom Eis befreit werden. Auch die Qualität von beispielsweise Tiefkühl-Brötchen leidet unter Eiskristalle, die beim Einfrieren entstehen und Gefrierbrand auslösen. ...weiterlesen "Weniger Frostschäden durch Proteine"
Wie spinnt die Spinne?
Spinnenseide ist härter als Stahl und zugleich elastischer als Gummi - ein in der Natur vorkommendes Supermaterial, das Forscher seit langem zu kopieren versuchen. Selbst Fasern aus reinem Spinnenseiden-Protein erreichen bis heute nicht die hohe Elastizität und Reißfestigkeit von natürlicher Spinnenseide. Die größte Schwierigkeit dabei ist, Spinnenseide in industriellem Maßstab zu fertigen. ...weiterlesen "Wie spinnt die Spinne?"
Wirtschaftsbionik: Wertschöpfungsketten in Wirtschaft und Biologie
Entscheidungs- und Handlungsspielräume im Management werden zunehmend komplexer und verlangen nach neuen Lösungsansätzen und Denkweisen. Die Grundlagen für den bionischen Denkansatz lieferte der österreichische Wirtschaftswissenschaftler Fredmund Malik. Er zieht evolutionäre Strategien und Prinzipien der Natur zur Lösung schwieriger Managementaufgaben heran. Ziel ist es alle Managementfunktionen, -systeme und -instrumente zu einem funktionierenden Ganzen zu integrieren und so ein Gleichgewicht zwischen dem Unternehmen und seinem Umfeld zu schaffen.
Die Wirtschaftsbionik, Organisationsbionik, Management-Kybernetik oder Biokybernetik beschäftigen sich mit der Frage, was Organisationen von der Natur lernen können. ...weiterlesen "Wirtschaftsbionik: Wertschöpfungsketten in Wirtschaft und Biologie"