Bionik

Übergreifend

Bionik

Wie wird eine Pflanze sauber?
Warum hilft Haifischhaut beim Fliegen?
Wer hat den Klettverschluß erfunden?

Sich mit Themen der Bionik zu beschäftigen heißt,

  • die Bedeutung von Naturvorbildern für technische Problemlösungen zu erläutern,
  • die Nutzung von Naturvorbildern für technische Problemlösungen unter

Beachtung der Vorgehensweise der Bionik und unter Anwendung geeigneter naturwissenschaftlicher Erkenntnismethoden an ausgewählten Beispielen zu untersuchen:

  • Festlegen der technisch zu realisierenden Funktion,
  • Ermittlung von biologischen Vorbildern und Erkennen des Prinzips,
  • Entwicklung von Funktionsmodellen,
  • Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf technische Objekte.

Anliegen ist, die Bedeutung der Bionik anhand ausgewähl¬ter Beispiele verstehen und die methodische Vorgehensweise in der Bionik kennenlernen.

So geht Forschen und Erfinden in der Bionik:

Problemstellung: Formuliere das technische Problem, indem du die allgemeine technische Funktion der zu entwickelnden Lösung kurz beschreibst.

Analogiebildung: Finde für die zu verwirklichende Funktion geeignete biologische Vorbilder. Wie wird das zu bearbeitende Problem in der Natur gelöst? Welche Tiere und/oder Pflanzen können dazu Anregungen liefern?

Analyse: Untersuche den Aufbau des ausgewählten biologischen Vorbildes, indem du das Ganze in Teile zergliederst. Ermittle dabei das Teil, welches für die Verwirklichung der technischen Funktion bedeutsam ist. Führe gegebenenfalls Experimente zur Erkenntnisgewinnung durch.

Prinzipfindung: Entwickle von diesem Teil ein Erklärungsmodell, indem du die funktionserfüllenden Merkmale darstellst und die nicht dazu-gehörigen Merkmale weg lässt.

Prinzipübertragung: Entwickle aus dem Erklärungsmodell ein Konstruktionsmodell. Hierbei müssen die Merkmale des Erklärungsmodells so verändert werden, dass daraus ein technisches Konstruktionsmodell entsteht. Es können aber davon auch mehrere Varianten gebildet werden.

Bewerten: Finde die günstigste Lösung durch Bewerten der einzelnen Lösungsvarianten. Nutze dabei die Punktbewertung.

Ausarbeitung und Gestaltung: Fertige eine technische Skizze an, plane den Materialbedarf und den Arbeitsablauf. Stelle ein Modell her und/oder fertige die technische Lösung an. Führe Experimente zur Erkenntnisgewinnung durch.

 

Blattoberflächen dürfen nicht verschmutzen, damit das Sonnenlicht ungehindert auftreffen kann. Auch  vor der Besiedelung von Mikroorganismen müssen sich die  Blätter wirksam schützen. Daher haben sie im Laufe ihrer langen Entwicklungszeit Schutzmechanismen ausgebildet. Eine davon ist der Selbstreinigungseffekt, auch Lotus-Effekt genannt. Hierbei perlt das Wasser bei einem Regenguss von der Oberfläche ab und nimmt gleichzeitig Schmutzteilchen und Mikroorganismen mit.

Aber welche Blätter besitzen den Selbstreinigungseffekt?

Wie funktioniert die Selbstreinigung?

Welche technischen Lösungen wurden nach dem biologischen Vorbild gebaut?

 

 

Fliegen gehört zu den ältesten Träumen der Menschheit. Der Flug von Insekten und Vögeln war schon immer eine Inspiration für den Menschen zur Entwicklung von Flugapparaten.
So gilt beispielsweise der Wissenschaftler Otto Lilienthal durch seine systematischen Untersuchungen zum Auftrieb an gewölbten Flächen und durch die umfangreichen Flugversuche mit Schwingen- und Gleitflugapparaten als Pionier und Begründer der Luftfahrtforschung.
Die nachfolgenden Versuche beschäftigen sich mit dem Thema Gleitflug mit Untersuchungen zum Auftrieb und der Flügelstellung.

 

 

Flugsamen sind Vorbild für die Entwicklung und den Bau von Flugmodellen. In Experimenten mit Flugsamen kann der Zusammenhang zwischen Bau und Funktion verschiedener Flugsamen untersucht werden. Zudem können die aufgedeckten Wirkprinzipien auf technische Lösungen (Flugmodelle) übertragen werden.

 

 

Anhand gesammelter pflanzlicher und tierischer Trägerelemente bzw. anhand geeigneter Experimente werden in den nachfolgenden Versuchen Prinzipien der Leichtbauweise (Struktur-Funktions-Zusammenhänge) untersucht. Dabei steht das Konstruieren und Bauen sowie das Testen verschiedener Modelle im Vordergrund: Stirnseitenfaltung, Zugbänder, Schotten, Verbundstabilisierung (Sandwich).

 


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