Schwarmintelligenz für Roboter, die sich selbst steuern
Einer für alle – alle für einen: Das Schwarmprinzip opfert einzelne, wenn es dem Wohle des gesamten Kollektivs dient. Andererseits bietet das Leben im Schwarm viele Vorteile, die dem Einzeltier das Überleben sichert. Beutetiere finden sich zu Schwärmen oder Herden zusammen. Das macht es dem Jäger, wie beispielsweise Löwen oder Geparden schwer ein einzelnes Tier ins Visier zu nehmen. Daneben nutzen die Beutetiere ein gemeinschaftliches Verhalten, wie zum Beispiel ständige Richtungswechsel, die den Jäger zusätzlich irritieren. Haie nehmen nur die Silhouetten ihrer Gegner wahr. Ein Schwarm aus kleinen Fischen wirkt da übermächtig und der Hai greift lieber nicht an. ...weiterlesen "Roboter lernen von Ameisen"
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"
Die Schnurrhaare einer Katze sind ein wichtiges Sinnesorgan - Quelle: Pixabay
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"
Äste gleichen höhere Belastungen mit zusätzlichem Material aus und sind an diesen Stellen dicker, Quelle: Pixabay
Lernen vom Wachstum der Knochen und Bäume Leichtbauweisen gewinnen heute mit zunehmend knapper werdenden Energieressourcen immer mehr an Bedeutung.
In der Natur ist der Leichtbau, also möglichst stabil bei minimalem Materialeinsatz, weit verbreitet. Neben Wabenstrukturen nutzt die Natur zum Beispiel Verbundmaterialien wie beim Perlmutt. Dieses glänzende Naturprodukt ist auf mikroskopischer Ebene aus vielen kleinen Kalkplättchen aufgebaut, die in einer Matrix aus Eiweiß und Chitin eingebettet sind. Beim Einwirken eines Drucks verschieben sich die Kalkplättchen in der weichen Matrix. Somit entstehen keine Risse und das Material ist gegenüber Druck wesentlich beständiger als ein Material aus nur einem Baustoff.
Knochen bauen Material ab, wenn dieses nicht benötigt wird
Knochen von Menschen und Tieren bestehen aus einem lebendigen Gewebe, welches sich den Belastungen optimal anpasst. Belastet man seinen Körper wenig, so baut der Körper Knochengewebe ab. Dies passiert zum Beispiel Astronauten im Weltall. Grund für den Knochenabbau ist das Energiesparen. Der Körper „denkt“ sich, wenn nur wenig Bewegung notwendig ist, dann kann am Knochenbau Energie eingespart werden. Das ist derselbe Prozess, wie bei Hungersnöten. Gibt es wenig Nahrung, baut der Körper eigene Fettreserven ab. Besteht jedoch ein Nahrungsüberangebot, so legen wir uns Fettpölsterchen für „schlechten Zeiten“ an. Knochen arbeiten nach dem selben Prinzip. ...weiterlesen "Bionik: Bauteiloptimierung – SKO und CAO"
Naturorientiertes Lernen fördert fachübergreifendes Denken
Durch das Beobachten und eigene Entdecken von Naturphänomenen werden viele Naturvorgänge für Schülerinnen und Schüler verständlicher.
Praxisorientiertes Lernen ist wesentlich effektiver als Frontalunterricht. Beobachten, anfassen, ausprobieren, verstehen – das sind die Lernschritte beim naturorientierten Lernen. Durch die experimentelle Herangehensweise an technische Fragestellungen wird zunächst das Interesse der Lernenden für biologische Phänomene geweckt. Über die Prinzipienfindung der natürlichen Prozesse werden zum einen die Problemlösefähigkeit und zum anderen die Experimentierfreude der Schülerinnen und Schüler gefördert.
Bionik als fächerübergreifendes Schulfach?
Einige Fachleute betrachten die interdisziplinäre Wissenschaftsdisziplin Bionik als eine Schlüsseldisziplin im Bereich von Wissenschaft und Technik. Naturwissenschaftlich-technisches Denken und Arbeiten ist für viele Lebensbereiche erforderlich. Durch die Übertragung von Erkenntnissen aus der Biologie in die Technik verfügt die Bionik über alle Voraussetzungen, um den neuen Bildungsstandards der Schulen gerecht zu werden. Insbesondere für den fächerübergreifenden Unterricht ergeben sich viele Möglichkeiten für eine lebendige Unterrichtsgestaltung. ...weiterlesen "Bionik in der Schule"
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