1.  Einleitung.  3

2.  Bionik als Wissenschaft  4

2.1  Begriffsabgrenzung  5

2.2  Unterdisziplinen  6

3.  Sehorgane  8

4.  Anwendung auf die Bionik  10

4.1  Das Mottenaugenprinzip  10

4.2  Selbststeuernder Roboter  11

4.3  Kameras mit „Facettenaugen“  13

4.3.1  Stanford-University  13

4.3.2  Fraunhofer-Institut  14

4.3.3  Berkeley- University of California  15

5.  Zusammenfassung und eigene Meinung.  16

6.  Literaturverzeichnis  18

7.  Abbildungsverzeichnis  20

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1. Einleitung

Eine bewährte Technik etwas Neues zu Lernen, ist das Nachahmen. Kinder, selbst Tiere lernen auf diese Art und Weise. ¹ Da Vincis Studien beruhten auf Beobachtungen von Vögeln, schon er erkannte das Potenzial, welches die Natur in sich birgt. „Heute interessieren sich mehr und mehr Forscher (auch in der industriellen Entwicklung) für diese Art des Lernens, des Entwickelns.“ ² „Im 20.Jahrhundert erlebte eine große Anzahl von Wissenschaften die Stunde ihrer Geburt, und auch heute ist diese Entwicklung noch nicht zum Stillstand gekommen. Unter den vielen in den letzten Jahren entstandenen sowie gegenwärtig entstehenden Wissenschaftsdisziplinen erlangten wohl nur sehr wenige eine derart stetig wachsende Popularität wie die Bionik.“ ³ Was aber ist Bionik und wie funktioniert sie? Ziel dieser Arbeit soll es sein, die Bionik als Wissenschaft vorzustellen, sowie die Frage des evolutionären Vorteils von Insektenaugen und dessen bionisch sinnvolle Umsetzung zu betrachten und darzustellen. Um diese Aufgaben zu erfüllen ist die vorliegende Arbeit wie folgt gegliedert. Nach einer kurzen Einleitung in das Thema, wird im zweiten Kapitel die Bionik als Wissenschaft vorgestellt. Dabei wird auf die Entstehung der Bionik sowie die Herkunft des Begriffes eingegangen. Im weiteren Verlauf des zweiten Kapitels wird eine Differenzierung der Bionik zur technischen Biologie vorgenommen woraufhin am dem Ende des zweiten Kapitels auf die Teilgebiete der Bionik eingegangen wird. Kapitel drei liefert die notwendigen Kenntnisse über die für diese Arbeit relevanten Sehorgane und geht auf die Vorteile des Sehorgans von Gliederfüßern gegenüber dem Menschen ein. Resultierend aus den Vorteilen, wird im vierten Kapitel auf die bionisch sinnvolle Nutzung dieser eingegangen. Anhand von drei ausgewählten Beispielen soll verdeutlicht werden, wo das Prinzip der Facettenaugen angewendet werden kann und wie man dieses technisch nutzbar macht. Der Schlussteil dieser Arbeit enthält eine Betrachtung der Gesamtthematik und gibt die persönliche Meinung des Verfassers wieder.

¹ Kleisny 2001, S.11

² Kleisny 2001, S. 11f.

³ Heynert 1976, S. 7

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2. Bionik als Wissenschaft

Bereits Ende der vierziger Jahre des 20. Jahrhunderts, beschäftigte sich Max Otto Kramer, ein deutscher Wissenschaftler und Luftfahrtingenieur, mit dem Aufbau der Delfinhaut, welche einen äußerst geringen Strömungswiderstand aufweist. Des Weiteren übertrug er seine gewonnenen Erkenntnisse auf Umhüllungen von Unterwasserfahrzeugen, was dazu führte, dass auch bei diesen, wie erhofft, der Strömungswiderstand abnahm. Kramer kopierte das Prinzip der Delfinhaut nicht einfach, sondern setzte die wesentlichen Wirkprinzipien um. Diese Verfahrensweise stellt auch heute noch das Grundprinzip, der zu diesem Zeitpunkt noch nicht existenten Wissenschaft, der Bionik dar.

Der amerikanische Wissenschaftler John E. Keto, begründete Mitte der fünfziger Jahre des 20. Jahrhunderts ein neues Forschungsgebiet, dessen Ziel es sein sollte, biologische Systeme auf technisch interessante Fähigkeiten hin zu untersuchen und die gewonnenen Ergebnisse zusammenzutragen, zu analysieren und anschließend an Entwicklungsgruppen der Physik und Elektronik zu übergeben. Diese anfänglichen Untersuchungen beschränkten sich jedoch lediglich auf biologische Systeme, die einen vermeintlichen Nutzen für die Forschungsgebiete der Signalermittlung und -übermittlung, sowie der Informationsverarbeitung und -kontrolle aufweisen sollten. ⁴ Innerhalb der nächsten Jahre nahm dieses neue Forschungsgebiet immer konkretere Formen an, so dass mit Unterstützung der Wright Air Development Division vom 13. bis 15. September 1960 ein Kongress zum Thema „Bionik“ stattfand. Dieser Kongress wird in der Literatur auch als Geburtsstunde des Begriffes „Bionik“ bezeichnet, wobei sich Experten bis heute nicht vollends einig darüber sind. Man ist sich bis heute strittig darüber, ob der Begriff „Bionik“ ein Kunstwort aus den Begriffen Biologie und Technik bzw. Elektronik ist, welches vom amerikanischen Luftwaffenmajor J.E. Steel geprägt wurde oder aber aus dem griechischen Wortstamm „bios“, was so viel wie Leben bedeutet und dem Suffix „-onics“ übersetzt „Studium von“ abgeleitet wurde. ⁵ Für beide Varianten gibt es jedoch keinerlei Beweis. ⁶ Im Laufe der Zeit also gut 45 Jahre später hat sich die Bionik zu einer eigenständigen Wissenschaft entwickelt, die schon

⁴ vgl. Heynert 1976, S.30

⁵ vgl. Heynert 1976, S.30

⁶ vgl. Nachtigall 1998, S. 6

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beeindruckende Ergebnisse hervorgebracht hat und auch für die Zukunft ein hohes Potential an weiteren Ergebnissen in sich birgt, was sich anhand vieler geplanter Forschungsprojekte erkennen lässt so zum Beispiel das Bestreben nach dem Prinzip der Künstlichen Photosynthese und die Generierung biologischer Algorithmen. 7

2.1 Begriffsabgrenzung

Beschäftigt man sich mit dem Begriff „Bionik“, so ist es unumgänglich auch den Begriff „Technische Biologie“ zu erörtern. Die Technische Biologie, ein Teilgebiet der klassischen Biologie, ist Grundlagenforschung, die es mit analysierenden Methoden der Chemie und Physik ermöglicht, natürliche Gegebenheiten unter technischen Gesichtspunkten zu betrachten und die daraus resultierenden Ergebnisse unter anderem der Bionik zur Verfügung zu stellen. „Bionik als Wissenschaftsdisziplin befaßt sich systematisch mit der technischen Umsetzung und Anwendung von Konstruktionen, Verfahren und

Entwicklungsprinzipien biologischer Systeme.“ ⁸ Erforscht man beispielsweise die Hautstruktur schnellschwimmender Haie, so lässt sich feststellen, dass die Schuppen des Haifisches, kleine Längsrillen aufweisen, die den Strömungswiderstand verringern können. Bis zu diesem Punkt der Forschung redet man von der Technischen Biologie. Um Bionik handelt es sich am hier gewählten Beispiel erst dann, wenn diese gewonnenen Erkenntnisse technisch umgesetzt werden, z.B. bei der Herstellung widerstandsreduzierender künstlicher Rillenstrukturen, wie man sie zum Teil aus dem Schwimmsport, in Form von Schwimmanzügen, kennt. ⁹ Es sei darauf verwiesen, dass Bionik nicht das bloße Kopieren und anschließende Bilden technischer Applikationen von Wirkprinzipien der Natur ist, sondern die Übernahme von Anregungen und Impulsen für die technische Gestaltung, welche nach Gesichtspunkten der

Ingenieurswissenschaften erfolgt, darstellt. ¹⁰ Technische Biologie und Bionik sind also eigenständige wissenschaftliche Disziplinen, die sich gegenseitig ergänzen.

⁷ vgl. http://www.bionik.tu-berlin.de/institut/skript/B1Fol11.ppt#3 ; Stand ; nicht bekannt

⁸ Nachtigall 1996, S.16

⁹ vgl. Nachtigall 1996, S.16

¹⁰ vgl. http://www.uni-saarland.de/fak8/bi13wn/wabionik.htm#BM2 ; Stand ; 31.05.2007

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Ohne die Technische Biologie könnte man keine Bionik „betreiben“ und ohne Bionik würden die Ergebnisse der technischen Biologie nicht aufgegriffen, aufbereitet und der Technik zur Verfügung gestellt werden, in der sie dann ihre praktische Umsetzung finden.

2.2 Unterdisziplinen

Bionik als eine Wissenschaft mit immer neuen Entdeckungen, Entwicklungen und Anwendbarkeiten in den unterschiedlichsten Bereichen, macht es notwendig eine sinnvolle Einteilung zu treffen, die sich auf die spezifischen bionischen Anwendungen bezieht. Zum aktuellen Zeitpunkt wird die Bionik in zwölf Teilgebiete untergliedert, die hier im Kurzen vorgestellt werden sollen. Das erste Teilgebiet beschäftigt sich mit der allgemeinen historischen Entwicklung der Bionik und versucht diese anhand von ausgewählten Beispielen, wie z.B. Leonardo da Vincis Skizzen zum Schwingenflieger, die er auf Grundlage von Studien der Anatomie von Vögeln und deren Flugeigenschaften anfertigte, zu erläutern. Die Strukturbionik untersucht biologische Strukturelemente hinsichtlich der Nutzbarkeit von Materialien und deren Anwendbarkeit für technische Großstrukturen, während die Baubionik sich damit befasst, wie man eine natürliche Bauweise gewährleisten kann, die sich vor allem auf Materialien (z.B. Lehm) und belastbare Leichtbaukonstruktionen (z.B. Spinnennetze) konzentriert. Prinzipien der passiven Belüftung, Kühlung und Heizung sind wesentliche Elemente der Klimabionik. Der Zweig Konstruktionsbionik analysiert und vergleicht Konstruktionselemente der biologischen und technischen Welt um daraus Gesamtkonstruktionen abzuleiten. So entstand unter anderem das Prinzip des Klettverschlusses. Laufen, Schwimmen und Fliegen sind die Hauptbewegungsarten auf unserem Planeten, die Bewegungsbionik erforscht unter anderem die Frage der

Strömungsanpassung bewegter Körper, sowie der Antriebsmechanismen von Bewegungsorganen. Die Entwicklung von Gesamtkonstruktionen, vor allem im Bereich der Pumpen- und Fördertechnik, sowie der Hydraulik und Pneumatik findet in der Gerätebionik, die aus der Kooperation mit der Struktur- und Konstruktionsbionik resultiert, ihre Anwendung. Die Anthropobionik hat ihren Schwerpunkt in der Robotik und der Mensch-Maschinen-Interaktion. Das

Monitoring von physikalischen und chemischen Reizen, sowie Ortung und Orientierung in der Umwelt sind der Sensorbionik, die im Laufe dieser Arbeit

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