Бионика - наука изучающая строение живых существ для целей техники

                                 Einf(hrung.

      Die neuen Wege, die in das kommende Zeitalter f(hren,  werden  in  der
Gegenwart bereitet. Niemand wei(, ob alles genau so sein wird,  wie  wir  es
uns heute vorstellen. Vielleicht kommt es  zu  anderen,  besseren  Projekten
und   L(sungen.   Nat(rlich   kommt   immer    Neues    hinzu,    und    die
Forschungsfortschritte sind  so  gro(,  da(  noch  viele  (berraschungen  zu
erwarten sind.
      Gegenw(rtig  erleben   wir,   wie   sich   aus   der   wechselseitigen
Durchdringung    von    wissenschaftlich-technischen    und    industriellen
Fortschritten ganz neue  Wissenschaftszweige  herausbilden,  die  vielleicht
morgen schon eine umw(lzende  Bedeutung  haben  k(nnen.  F(r  manche  dieser
neuen  Arbeitsrichtungen  gibt  es  heute   nur   Probleme,   Aufgaben   und
Forschungsziele,  die   sich   aus   der   Praxis   des   Lebens   und   der
wissenschaftlichen  Entwicklung  ergeben.  In  letzten  Jahren  sind  solche
Wissenschaftszweige, wie Biophysik, Biochemie und andere  entstanden.  Eines
der aussichtsreichsten Forschungsgebiete er(ffnet sich mit der Bionik.
      Diese Bezeichnung kommt  vom  griechischen  Wort  (bion(  und  bedeuet
soviel wie Lebenselement, das hei(t: Element eines biologischen Systems.
      Als offizielles Datum der Geburt  jener  (Br(cke(,  die  Biologie  und
Technik verbindet und Bionik genannt wird, gilt der 13. September  1930.  An
diesem Tag wurde in Dayton (USA) das erste Internationale Symposium  zu  dem
Thema "Lebende Prototypen f(r k(nstliche Systeme - der Schl(ssel  zur  neuen
Technik" er(ffnet. Aber dieser Gedanke geh(rte noch Leonardo da Binci.

                    Bionik. Voraussetzungen und Aufgaben.

      Die  Aufgabe  dieses   neuen   Wissenschaftszweiges   besteht   darin,
biologische Systeme  sowie  die  ihnen  zurgrunde  liegenden  Prinzipien  zu
erforschen und zu pr(fen, ob sich (hnliche L(sungen in der Technik  anwenden
lassen.
      Die Natur ist ein besserer Ingenieur als  der  Mensch.  Das  ist  kein
Wunder. Sie hat Milliarden Jahre in einem Riesenlaboratorium gearbeitet  und
ungez(hlte  Experimente  angestellt.  Dabei  haben  sich  im  Verlaufe   der
Entwicklung    hochgez(chtete    Eigenschaften    und    Sinnesorgane    von
phantastischer Funktionst(chtigkeit herausgebildet.
      Techniker mu( die Natur kennen und studieren, wenn  er  seine  eigenen
Ger(te zu einer  hohen  Leistung  bringen  will  oder  wenn  er  nach  neuen
Prinzipien sucht. Es ist eine Tatsache, da( in der  Natur  auch  heute  noch
mehr Patente stecken, als jemals an Erfinder vergeben wurden. Nur,  man  mu(
sie erforschen, denn Patentschriften hat sie leider nicht angefertigt.
      Diese Patentgeheimnisse stecken hinter all den Fragen, die wir  selbst
stellen: Wie verm(gen sich die V(gel im Raum zu orientieren? Wie finden  sie
sich auf ihrem Flug (ber 10.000 bis 17.000  Meter  Entfernung  zurecht,  und
wie finden sie sogar ihr altes Nest wieder? Wie funktioniert das  Organ  der
Fische, die sich mit einem elektrischen Feld  umgeben?  Wie  ist  das  Organ
beschaffen, mit dem die Klapperschlange auf  Infrarotstrahlen  reagiert  und
damit W(rmeunterschiede von einem tausendstel Grad wahrnimmt  ?  Wie  finden
Schmetterlinge   zueinander?   Verst(ndigen   sich   Insekten   mit    Hilfe
elektromagnetischer  Wellen?  Wie   funktionieren   die   Leuchtorgane   der
Tiefseefische ? Woher wissen Bienen, wie sp(t es ist?
      Fragen  (ber  Fragen.   Von   ihrer   richtigen   Beantwortung   h(ngt
au(erordentlich viel ab.
      Die Wissenschaft hat feststellen k(nnen, da( jeder lebende  Organismus
- vom Kolibri bis zum Kondor, vom einzelligen Strahlentierchen bis zum  Wal,
vom winzigen Grashalm bis zur majest(tischen  Kiefer  -  in  jeder  Hinsicht
eine vollendete, nachahmenswerte Konstruktion darstellt. Obwohl  die  Bionik
erst vor kurzem ihre offizielle Anerkennung  gefunden  hat,  w(rde  es  eine
ganze Weile  dauern,  wollte  man  die  Ergebnisse  ihrer  Forschungen  alle
aufz(hlen.
      So ist zum Beispiel ein  Ger(t  entwickelt  worden,  das  eine  genaue
Nachbildung des Geh(rorgans der Qualle darstellt. Mit  seiner  Hilfe  lassen
sich  St(rme  um  12  bis  14  Stunden  fr(her  voraussagen  als  mit  einem
gew(hnlichen Barometer.
      Anhand  eingehender  Untersuchungen  der  Struktur   des   Auges   der
Hufeisenkrabbe konnte die Kontrastsch(rte  von  Fernsehapparaten  verbessert
werden.
      Der  Nilhecht  beispielsweise,  der  sich  auch   einer   elektrischen
Orientierung  bedient,  ist  zu  einem  besonders  wichtigen   Studienobjekt
geworden. Die Bioniker wollen das Organ finden, mit dem  er  sich  (ber  das
Raumbild  informiert  und  zwischen  Isolatoren   und   Leitern   genau   zu
unterscheiden   vermag.   Das   Nilhecht-Ortungsprinzip   k(nnte   f(r   uns
interessant werden, da (bliche  Echoanlagen  zwischen  einem  in  der  Tiefe
schwimmenden Wal und einem U-Boot nicht unterscheiden k(nnen.
      Andere Forscher befassen sich mit Insekten. Sie nehmen an,  da(  deren
F(hler die Rolle von Antennen spielen und sie sich  mit  elektromagnetischen
Wellen verst(ndigen. Aufgefunden  hat  man  solche  Wellen  allerdings  noch
nicht. Es hei(t, sie seien so kurz, da( wir sie noch  nicht  messen  k(nnen.
Techniker haben errechnet, da( ein  zehntausendstel  Watt  gen(gt,  um  eine
Strecke von (ber sieben Kilometern zu  (berbr(cken.  Diese  Leistung  k(nnte
auch ein Insekt aufbringen, denn bei einer Sendezeit von anderthalb  Minuten
w(rde es nur ein vierhuderttausendstel  Gramm  Fett  verbrauchen.  Wenn  der
Mensch hinter das Geheimnis so  kleiner  Sende-  und  Empfangsanlagen  k(me,
k(nnte das  eine  gro(e  praktische  Bedeutung  f(r  die  Informations-  und
Steuerungstechnik haben.
      Beim Flu(krebs  ist  ein  erstaunliches  Gleichgewichtsorgan  entdeckt
worden.   Es   ist   von   au(erordentlicher    Empfindlichkeit    gegen(ber
Verlagerungen in jeder beliebigen Richtung und gegen Vibration. Noch  wissen
wir nicht, wie es beschaffen ist und wie  es  funktioniert.  Aber  wenn  das
gekl(rt ist, werden Ger(te entstehen, mit  denen  die  k(nftigen  Erforscher
des Erdinneren bei ihrem Abstieg ihren Standort genau bestimmen k(nnen.
      Japanische Wissenschaftler stellten fest, da( die Form  des  Wals  der
Fortbewegung im Wasser besser dient als die messerf(rmige Form der  modernen
Schiffe. Die Schiffsbauer,  die  diese  Entdeckung  ausnutzten,  bauten  ein
Schiff  mit  der  (u(eren  Form  eines  Wals.  Das   von   den   japanischen
Konstrukteuren geschaffene Schiff ist wirtschaftlich vorteilhafter  als  die
anderen  Schiffe,  weil  seine  Motoren  bei  gleicher  Geschwindigkeit  und
Tragf(higkeit des Schiffs eine geringere Leistung brauchen.
      K(rzlich wurde festgestellt, da( Ratten ein Organ  besitzen,  mit  dem
sie auf R(ntgenstrahlen zu reagieren  verm(gen.  Sie  sprechen  bereits  auf
eine Dosis von nur 20 Millir(ntgen, gegeben in einer  Zehntelsekunde,  an  !
Es  ist  verst(ndlich,  da(  die  Bioniker  diese  seltene   F(higkeit   mit
besonderer  Aufmerksamkeit  studieren,   um   herauszufinden,   wie   dieses
nat(rliche (Strahlennachweisger(t( funktioniert.
      Die Sonnenblume besitzt die Eigenschaft, ihren Kopf st(ndig der  Sonne
zuzuwenden.  Kann  man  dieses   (Verfolgungsprinzip(   zur   Speisung   der
Sonnenbatterien  in  kosmischen  Forschungslaboratorien   kopieren   ?   Die
Ingenieure besch(ftigen sich damit.
      Aber auch in anderer Weise lernen die Ingenieure von  Naturformen.  Da
ist zum Beispiel in der Sowjetunion das Modell  Pinguin  entwickelt  worden,
ein schneeg(ngiges Fahrzeug, das nichts mehr mit  einem  Schlitten  und  nur
noch wenig mit einem Automobil zu tun hat.  Bei  seiner  Konstruktion  wurde
das (Pinguinprinzip( angewendet. Dieser  originelle  Vogel  bewegt  sich  im
lockeren  Schnee,  indem  er  auf  dem  Bauch  liegt  und   sich   mit   den
fl(gelartigen Flossen wie auf Skist(cken abst((t.  Dieses  Gleitprinzip  ist
f(r das neue Fahrzeug (bernommen worden. Es liegt mit dem Boden - dem  Bauch
- auf der  Schneefl(che,  und  zwei  Radschaufeln  sto(en  es  vorw(rts.  Es
gleitet m(helos (ber lockeren, hohen Schnee, sinkt  nicht  ein,  ist  leicht
lenkbar und erreicht eine H(chstgeschwindigkeit von 50 km/h.  Es  (bertrifft
bei weitem die motorisierten Scheefahrzeuge alter Art und wird zur Zeit  mit
gro(em Erfolg auf unseren antarktischen Stationen verwendet.
      Diese Beispiele  zeigen,  wie  die  neue  Wissenschaft  nicht  nur  zu
erkl(ren  versucht,  was  bisher  unerkl(rlich  war,  sondern  da(  sie  dem
Menschen und seiner Technik alles das nutzbar machen will, was die Natur  in
anderen Organismen ausgebildet hat.

                         Die architektonische Bionik.

      Die architektonische Bionik ist noch  j(nger.  Doch  auch  auf  diesem
Gebiet  zeigt  das  Erreichte  mit  aller  Deutlichkeit,  welche  gewaltigen
M(glichkeiten dieser Wissenszweig in sich birgt.
      Bienen-  und  Wespenwaben  bestehen  aus  Zehntausenden   sechseckiger
Zellen, die in parallelen Reihen angeordnet  sind.  Der  Boden  einer  jeden
Zelle wird aus drei Rhombenfl(chen  gebildet,  die  eine  Pyramide  ergeben.
F(hrende Mathematiker haben wiederholt die Abmessungen der  Bienenwaben  mit
h(chster Pr(zision  bestimmt  und  sind  jedesmal  zu  dem  gleichen  Schlu(
gekommen: Alle spitzen Winkel der drei Rhombenfl(chen haben eine  Gr((e  von
70(32(. Die Wissenschaftler haben nachgewiesen,  da(  bei  der  sechseckigen
Form gerade dieses Winkelma( das gr((te Fassungsverm(gen der Wabenzelle  bei
geringstem Materialverbrauch ergibt.
      In  ihrer  Jahrmillionen  w(hrenden  Entwicklung  haben   die   Bienen
gewisserma(en "empirisch" die sparsamste und zugleich ger(umigste  Gef((form
f(r die Aufbewahrung des Honigs gefunden.
      Sowjetische  Ingenieure  haben  einen  wabenf(rmigen  Getreidespeicher
entwickelt, der sich  rasch  und  einfach  bauen  l((t.  Schon  beim  ersten
solchen Wabenspeicher, der die Gr((e eines 15geschossigen Hauses hat und  in
Kupino (in der Steppe bei Nowosibirsk) steht, kam man  mit  weitaus  weniger
Beton aus als sonst. Dabei ist die  Konstruktion  wesentlich  stabiler.  Bei
einem noch vollkommeneren Getreidespeicher  mit  Wabenkonstruktion,  der  in
Zelinograd (Kasachstan) gebaut wurde, wurden etwa 30 Prozent  weniger  Beton
verbraucht   als   bei   einem   gew(hnlichen   Getreidespeicher   und   der
Arbeitsaufwand  war  nur  halb  so  gro(  !  Der  Wabenspeicher  wurde   zum
Typenprojekt erkl(rt.
      In n(chster Zeit schon werden in der Rusland  -  Wabenform  folgend  -
sechseckige Verwaltungsgeb(ude  und  Wohnh(user  aus  getypten  Bauelementen
montiert werden.



                               Siliziumneuron.

      Es gibt Aufgaben, zum Beispiel, das  Unterscheiden  der  komplizierten
visuellen Bilder, mit denen sogar Supercomputer mit M(he fertig werden.  F(r
uns existiert hier aber keine Schwierigkeit.  Kurzum  ist  Elektronenrechner
vorl(ufig nicht imstande, mit einem Menschen zu wetteifern.
      Das ist aber nur vorl(ufig.  Wenn  man  doch  ein  gro(es  Massiv  der
gemeinsam arbeitenden Prozessoren nimmt, kann man eine Art der  Analoga  von
Neuronnetzen. Solche  Systeme,  die  man  "Neurocomputer"  nennt,  sehen  in
vielem einem Gehirn (hnlich: erstens unterbricht die Besch(digung  einzelner
Elemente  die  Arbeit  des  ganzen  Komplexes  nicht;  zweitens   wird   die
Information   in   ihnen   in   keiner   einzigen   Position    und    nicht
aufeinanderfolgend  aufbewahrt  und   bearbeitet,   sondern   verteilt   und
parallel; drittens werden sie  nicht  so  programmiert,  wie  an  Beispielen
gelehrt, f(r die L(sung dieser oder jener Aufgabe selbstgestimmt.
      Die Neurocomputer werden nat(rlich  die  Digitalrechenmaschinen  nicht
ersetzen, und nur sie in puncto des intuitiven Denkens in den Maschinen  der
f(nften   Generation   erg(nzen.   Viele   Fachl(ute,   die    sich    durch
Neurophisiologie fortrei(en lassen,  sch(tzen  zwar  die  M(glichkeiten  der
Neurocomputer  (beraus  skeptisch  ein:  man   legt   ja   zu   vereinfachte
Vorstellungen von  einem  realen  Neuron  der  Arbeit  dieser  Einrichtungen
zugrunde.
      Die Wissenschaftler aus der Kalifornischen technologischen  Hochschule
und   der    Universit(t    in    Oxford,    die    Fertigungstechnik    der
Integralschaltungen benutzend, haben  aber  an  einem  Siliziumkristall  das
Verhalten eines richtigen Neurons modelliert. Die Dynamik der Prozesse,  die
in einer Schaltung aus Transistoren vor sich gehen, ist denen  (hnlich,  die
auf der Membrane einer Nervenzelle,  und  auch  in  Synapsen  zu  beobachten
sind. Es wird zum Beispiel der Effekt der Gew(hnung wiedergegeben - bei  der
vielfachen Einwirkung wird die Anregungsschwelle h(her.
      Auf  einer  nagelgro(en  Platte  kann   man   Hunderte   von   solchen
"Halbleiterneuronen" unterbringen,  die  auf  das  Millionfache  h(her,  als
richtige  funktionieren.  Wahrscheinlich  werden  diese  "Neurochips"   eine
Elementarbasis der Computers der sechsten Generation. So hat  man  in  Japan
ein nationales  Programm  der  Bildung  eines  k(nstlichen  Neurointellektes
bekanntgemacht,  der  wie   man   glaubt,   der   japanischen   Gesellschaft
erm(glichen wird, in einen gewissen idyllischen, "rosa"  (englisch  -  pink)
Zustand  zu  (bergehen  -  PINK  Society.  Die  Abbreviatur  PINK   versteht
darunter: Psychological-Intelligent-Neural-Knowledge. Anders  gesagt  m(ssen
im  Entwurf  die  Errungenschaften  der   Neurobiologie   und   Logik,   und
Psychologie, und Sprachwissenschaft ... ber(cksichtigt werden.
      Da zeigen sich schon die Umrisse der Maschinen der siebten Generation,
wo man Information auf einem  Molekularniveau  bearbeiten  wird.  Die  Zeit,
wenn Bioniker sehr nahe an die Modellierung des Denkens  herangehen  werden,
ist nicht allzuweit.

                              Schlu(folgerung.

      Wurde in der Technik der Vergangenheit das Material der Natur nur  als
Roh-, Bau- und Werkstoff oder die blo(e Muskelkraft der  Tiere  genutzt,  so
er(ffnet  sich  jetzt  sogar  die  M(glichkeit,  nat(rliche  Organismen   in
technischen Systemen zu verwenden.
      Man kann sich die Zeit bereits vorstellen, wo Raumschiffe  mit  Tieren
an Bord auf den weiten Weg zum Mars oder zur  Venus  oder  anderen  Planeten
geschickt werden. Diese Tiere sind dabei nicht nur einfache Passagiere.  Der
Organismus dieser Tiere in Verbindung mit einfacheren  technischen  Systemen
wird komplizierte Aufgaben der Steuerung des Raumschiffes l(sen. Sie  werden
zum zuverl(ssigen und genauen Hilfsmittel, um das Flugregime zu regulieren.
      Dieser (Einbau( niederer Lebewesen in  technische  Systeme  w(re  eine
M(glichkeit, die wahrscheinlich nur f(r so  au(erordentliche  Unternehmungen
in Frage k(me wie eben beim Raumflug.  Im  allgemeinen  (begn(gt(  sich  die
Bionik  damit,  nicht  die  nat(rlichen  Organismen  direkt,   sondern   die
Prinzipien ihrer (Konstruktion( zu nutzen.
      Heute (bernimmt der Mensch ingenieurtechnische L(sungen, zu denen  die
Natur gelangt ist,  nachdem  sie  (ber  Jahrmillionen  hinweg  immer  wieder
Fehler (berwunden hat. Der Mensch kann sich diese L(sungen zu  eigen  machen
und so das Stadium des vielen Probierens und Suchens (berspringen.
      Man kann der neuen Wissenschaft eine gro(e Zukunft  voraussagen.  Hier
steht den Gelehrten von morgen ein weites Feld f(r die Forschung offen.
                           Ausgenutzte Literatur :

  1.“ Die Technik um das Jahr 2000”
           М. “Wysschaja Schkola” 1980.

  2.“ Wissenschaftlich-technischen Kaleidoskop”,
           М. “Proswestschenije” 1979.
  3. “Die Gro(e Sowjetische Enzyklop(die” ,M.1967.
  4. “Siliziumneuron” , M.Mahowald, R.Douglas,
          “Nature”:1991,6354.

	

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