Artifizielle Gefieder

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Bionik- Forschung an der Beuth-Hochschule fur Technik, Berlin (BHT)

Die Bionik ist eine in die Zukunft weisende, interdisziplinare Wissenschaft. Sie erfreut sich an unserer Hochschule bei Studierenden und Lehrenden einer auGergewohnlichen Beliebtheit. Die Bionik wird seitens der Industrie, der Wirtschaft und der bundesdeutschen Bildungs- und Forschungspolitik als eine der Schlusselkompetenzen der folgenden Dekade angesehen. Den hohen Erwartungen an diese junge Wissenschaft tragt die Beuth Hochschule fur Technik Berlin mit einer, im besonderen MaGe auf Bionik- Forschung fokussierten Fachgruppe fur Bionik, der Bionic Research Unit, Rechnung.

Mi. Dienst, Berlin im Mai 2010

Artifizielle Gefieder

Artifizielle Gefieder

Beuth Hochschule fur Technik Berlin

University of Applied Sciences Berlin, Germany

FB VIII Maschinenbau, Umwelt- und Verfahrenstechnik

Dipl.-Ing. Michael Dienst

(midienst@beuth-hochschule.de), http:// www.beuth-hochschule.de

Gefieder. Bionik befasst sich mit der Untersuchung und Ubertragung optimaler Losungsprinzipien der belebten Natur auf technische Systeme. Viele biologische Systeme sind bis an den Rand des physikalisch Moglichen optimiert. Ein gutes Beispiel: Vogel und Gefieder. Vogel sind hervorragende Flieger, konnen groGe Geschwindigkeiten erreichen und enorme Strecken zurucklegen. Der schnellste Vogel ist, mit uber 170 Stundenkilometern Fluggeschwindigkeit, der Mauersegler. Die Kustenseeschwalbe ist der Vogel, der bei seinen jahrlichen Wanderungen am weitesten fliegt: Sie unternimmt alljahrlich einen Rundflug zwischen Nordpol und Sudpol.

In Vogel hat die biologische Evolution enorm viel Entwicklungsarbeit

investiert, sie sind hochoptimiert. Eine Ursache von Effizienz bei

kunstlichen und biologischen Systemen ist die Haufigkeit des Auftretens.

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Das gilt von Generation zu Generation, also relativ und zeitlich horizontal, als auch absolut und vertikal uber weite Optimierungszeitraume hinweg. In der Zeit, wahrend der ein gewichtsgleiches Saugetier erwachsen wird, hat das System Vogel schon 4 oder 5 Generationenfolgen hinter sich. Rein statistisch ein guter Grund fur Bioniker, auf der standigen Suche nach Innovationen, sich dem biologischen Hightech-Produkt Vogel und seiner einzigartigen Verpackung besonders intensiv zu widmen. Fassen wir Segeln als ebenes, zweidimensionales Fliegen auf, sollte es gelingen, bei der Entschlusselung der physikalischen Effekte fliegender, biologischer Systeme auf die Losungsprinzipien zu stolen, die auf die Probleme passen, deren wir uns beim Yachtdesign gegenubersehen. Die Ubertragung raffinierter Wirkmechanismen auf kunstliche Systeme erfordert Detailkenntnisse uber die Naturvorgange die sie realisieren, uber naturliche Konstruktionen und den auGeren Kontext der Wesen. Dieser stimmt ja mit der Lebenswelt des Seglers uberein.

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Was ist nun das typische an einem Vogel? Fragen wir nach den Merkmalen. Jedes Fliegende System sollte ein Mindestprofil besonderer Eigenschaften besitzen: hohes Leistungsvermogen, niedriges Gewicht und aerodynamische Form. Fur einen sicheren Flug mussen die Sinne, insbesondere das Sehvermogen, scharf sein. Vogel besitzen ausgezeichnete Augen, vielleicht die leistungsfahigsten aller Wirbeltiere. Das Sehzentrum des Gehirns ist ebenso wie die motorischen Zentren gut entwickelt, denn Fliegen als Bewegungsablauf erfordert eine hervorragende Koordination. Der gesamte Korperbau eines Vogels ist an die fliegende Lebensweise angepasst. Sein Knochensystem ist ein Lehrstuck in Leichtbau. Waben-, und raumliche Wolbstrukturen sind die „Konstruktionsmerkmale“ dieser Tragwerke, die jedes System, das naturliche und das kunstliche fest und zugleich auch leicht machen. An der Kunst der raumlichen Konstruktion waren die Ingenieure von je her besonders interessiert, aber erst mit der Verfugbarkeit komplexer Berechnungsverfahren, wie beispielsweise der Finite Elemente Methode FEM gelingt es allmahlich, das Geheimnis naturlicher Beul- und Wolbstrukturen zu entschlusseln. Und dennoch, das Leistungsgewicht biologischer Flieger bleibt eine Herauforderung moderner Ingenieurskunst. Ein Fregattvogel zum Beispiel, hat eine Flugelspannweite von mehr als zwei Metern, sein Skelett wiegt aber lediglich etwa 115 g.

Eine weitere Anpassung, die das Gewicht reduziert, ist das Fehlen einiger Organe. Die heutigen Vogel sind im Zuge der evolutiven Optimierung zahnlos und ohne muskulosen Kieferapparat ausgestattet. Der Vogelschnabel ist eine Anpassung, die das Gewicht des Kopfes erheblich verringert. Fliegen erfordert einen hohen Energieaufwand und einen intensiven, aktiven Stoffwechsel. Betrachtet man den Energieverbrauch beim Fliegen pro Zeiteinheit, dann zeigt sich, dass fliegende Tiere in der gleichen Zeit mehr Energie verbrauchen als rennende oder schwimmende Tiere.Vögel halten mittels ihrer eigenen Stoffwechselwärme eine warme,konstante Körpertemperatur aufrecht.

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