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Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

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  1. Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: HubertHans 27.04.15 - 13:33

    weiß, warum eine Aussage ala

    "Ein Mensch klettert an der gläsernen Fassade eines Hochhauses hinauf und nimmt dabei einen ausgewachsenen Elefanten mit nach oben" im vergleich zu so einem kleinem Gerät absoluter Humbug ist.

    Ist genauso wie bei Ameisen. Die tragen eben ein vielfach höheres Eigengewicht als es dem Mensch möglich wäre, WEIL SIE SO KLEIN SIND! Wäre dieser Roboter größer würde sich auch die maximale Traglast im Bezug auf Eigengewicht deutlich reduzieren.

  2. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Michael H. 27.04.15 - 13:56

    HubertHans schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > weiß, warum eine Aussage ala
    >
    > "Ein Mensch klettert an der gläsernen Fassade eines Hochhauses hinauf und
    > nimmt dabei einen ausgewachsenen Elefanten mit nach oben" im vergleich zu
    > so einem kleinem Gerät absoluter Humbug ist.
    >
    > Ist genauso wie bei Ameisen. Die tragen eben ein vielfach höheres
    > Eigengewicht als es dem Mensch möglich wäre, WEIL SIE SO KLEIN SIND! Wäre
    > dieser Roboter größer würde sich auch die maximale Traglast im Bezug auf
    > Eigengewicht deutlich reduzieren.

    Und genau deswegen macht es den kleinen ja so interessant :D Man stelle sich Handschuhe und Stiefel vor, die hunderte, tausende solch kleiner Roboter in den Hand innenflächen haben :D (Stichwort Nanotechnologie) :D Spidermansuit incoming :P *Nerdgasm*

  3. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: HubertHans 27.04.15 - 14:04

    Michael H. schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > HubertHans schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > weiß, warum eine Aussage ala
    > >
    > > "Ein Mensch klettert an der gläsernen Fassade eines Hochhauses hinauf
    > und
    > > nimmt dabei einen ausgewachsenen Elefanten mit nach oben" im vergleich
    > zu
    > > so einem kleinem Gerät absoluter Humbug ist.
    > >
    > > Ist genauso wie bei Ameisen. Die tragen eben ein vielfach höheres
    > > Eigengewicht als es dem Mensch möglich wäre, WEIL SIE SO KLEIN SIND!
    > Wäre
    > > dieser Roboter größer würde sich auch die maximale Traglast im Bezug auf
    > > Eigengewicht deutlich reduzieren.
    >
    > Und genau deswegen macht es den kleinen ja so interessant :D Man stelle
    > sich Handschuhe und Stiefel vor, die hunderte, tausende solch kleiner
    > Roboter in den Hand innenflächen haben :D (Stichwort Nanotechnologie) :D
    > Spidermansuit incoming :P *Nerdgasm*

    Interessant ist es! Aber diese Sprueche bringen mich immer zum Wuergen :D

  4. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Dwalinn 27.04.15 - 14:21

    DANKE!
    Genau das wollte ich gerade auch schreiben!

  5. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Seasdfgas 27.04.15 - 15:03

    ein handschuh mit solchen robotern in der innenfläche bringt dich dann mit wenigen cm pro stunde langsam an einem glashaus hoch.

    dann doch lieber gleich schuhe und handschuhe mit dieser oberfläche die einfach besseren halt bringen.

    frage, funktioniert das jetzt auch auf irgendeinem anderen material? lässt es sich auf stein und staubiges gemäuer ummünzen?

  6. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Hotohori 27.04.15 - 15:09

    Ist doch völlig egal, es geht hier nicht darum ob ein Mensch mit so etwas einen Elefanten hoch ziehen könnte, das wurde nirgends auch nur im Ansatz behauptet. Es geht hier lediglich darum den Gewichtsunterschied auch für Laien auf sehr einfach verständliche Art deutlich zu machen, um nichts anderes!

  7. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Ach 27.04.15 - 15:21

    Stimmt schon, weil je kleiner der Maßstab, desto überwältigender die Bindungskräfte gegenüber der Schwerkraft und umgekehrt. Trotzdem sind 9 Gramm Maschine die eine Kilogramm Last die glatte Wand hoch ziehen eine Leistung bei der man eigentlich nur den Hut ziehen kann.

  8. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Dwalinn 27.04.15 - 15:22

    Würde ich nicht sagen, die Aussage lässt darauf schließen das der Roboter mehr tragen könnte wenn man ihn einfach nur größer bauen würde... das ist aber einfach Falsch....

    Wenn wir eine Ameise vergrößern würde könnte sie dennoch kein Haus tragen.

  9. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Ach 27.04.15 - 16:00

    Da steckt ne Menge Wahrheit drin, wegen der mit Größe immer überwältigender werdenden Schwerkraft können Himmelskörper ab ner gewissen Masse auch nicht mal mehr eine besondere Form bewahren und sind gezwungen zu einer Kugel zu kollabieren. Allerdings spielen da bei Insekten noch ein paar andere Faktoren mit.

    Denn eigentlich sind Insekten auch für ihre Größe schon ziemlich starke Wesen. Etwa funktionieren ihre Muskeln hydraulisch, so richtig mit Flüssigkeiten hin und her pumpen, und jeder der sich auskennt weiß wie viel Power man in einer Hydraulik konzentrieren kann. Nicht umsonst findet man bei großen Baggern Eigengengewichts/Hubkraft Verhältnisse vor, die schon wesentlich näher bei dem von Insekten sind. Tatsächlich gab es vor ca. 150 Mio Jahren auch abartig überdimensionierte Tausendfüßler und andere Insekten, wie Riesenlibellen usw.. Der Grund warum es sowas heute nicht mehr gibt ist der, dass diese Lebewesen einen hohen Sauerstoffkonsum hatten. Damals erlaubte die Erdatmosphäre das, heute dagegen ist die Luft so ausgedünnt, dass diese Gliederfüßlerriesen alle ersticken würden. Dazu gesellen sich noch ein paar Designfehler wie der, das Insekten keine echte Lunge besitzen und nur Atemlöcher. Reptilien und Säuger haben das klar überlegene Design :].



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 27.04.15 16:00 durch Ach.

  10. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Orthos 27.04.15 - 16:10

    Danke, ich sehe das genauso.

    Was mich weiterhin stört ist die Angabe des Traktors, bzw. dass er so und so viel Kilo ziehen kann.

    Das ist m.E. schlichtweg Unsinn, weil es den Reibwert der Materialpaarung (Lauffläche und Last) vollkommen außer Acht lässt.

    Einen Stahlklotz auf einer PTFE-Oberfläche kann ich bei gleichem Gewicht auch viel leichter ziehen als einen Aluminiumklotz auf einer Aluminiumoberfläche oder einen Gummiklotz auf Asphalt. (0,04 zu 1,05 bzw. 1,3, Haftreibung)

    Zugkraft (zum Losreißen) = Reibwert * Andruckkraft (Gewicht)

  11. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Eheran 27.04.15 - 16:54

    Nur auf sehr glatten und tragfähigen Oberflächen.
    Also Glas oder polierter Granit. Jedes bisschen Schmutz reduziert die Haftung deutlich.

  12. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Eheran 27.04.15 - 16:57

    >Der Grund warum es sowas heute nicht mehr gibt ist der, dass diese Lebewesen einen hohen Sauerstoffkonsum hatten.
    Der Sauerstoffgehalt war da quasi auf dem heutigen Level. Jedoch war die Temperatur deutlich höher, was letztlich die ganzen großen, wechselwarmen Tiere ermöglichte.

    Nach:
    http://de.wikipedia.org/wiki/Entwicklung_der_Erdatmosph%C3%A4re#/media/File:Sauerstoffgehalt-1000mj.svg

  13. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Ach 27.04.15 - 17:49

    >Der Sauerstoffgehalt war da quasi auf dem heutigen Level. Jedoch war die Temperatur deutlich höher, was letztlich die ganzen großen, wechselwarmen Tiere ermöglichte.

    Und der Luftdruck war höher soviel ich weiß.

    ps: interessante Graphik!

  14. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: johnsonmonsen 27.04.15 - 19:07

    Hallo Ach,

    >Denn eigentlich sind Insekten auch für ihre Größe schon ziemlich starke Wesen. Etwa funktionieren ihre Muskeln hydraulisch, so richtig mit Flüssigkeiten hin und her pumpen, und jeder der sich auskennt weiß wie viel Power man in einer Hydraulik konzentrieren kann.

    Ausgehend von den größten Insekten, die heue noch leben, sieht man, wie schwach diese Tiere sind bzw. deren Aufbau eigentlich ist. Auch ein Blick auf die Vogelspinnen (sind ja definitionsgemäß keine Insekten) zeigt das deutlich. Ich hätte nie gedacht, wie wenig Kraft dafür notwendig ist, eine Tarantel mit dem Finger zu fixieren. Jedes kleine Nagetier leistet hier deutlich mehr Widerstand. Dabei sind Spinnen die Profis der animalischen Hydraulik. Klar, das Ganze ist subjektiv, aber dennoch ist es auch so, dass große Insekten und Spinnen verhältnismäßig langsam unterwegs sind - kann jeder erkennen.

    Der Grund, weshalb kleine Insekten die Fähigkeit zum Stemmen eines Mehrfachen des Eigengewichtes haben, ist schlichtweg, dass der Querschnitt der Muskelfasern im Quadrat zunimmt, während das Volumen (und damit die Masse) des Körpers mit der dritten Potenz anwächst. Also Oberfläche zu Volumen - der selbe Grund, weshalb kleine Partikel besser brennen als große und Wärmespeicher mit ihrer Größe immer besser funktionieren. Ist das Tier/der Mensch/der Körper doppelt so groß, verachtfacht sich sein Gewicht, während der Querschnitt der Muskeln sich lediglich verfierfacht.

    Habe die Quelle leider nicht mehr parat, aber gelesen, dass die Leistungsfähigkeit der quergestreiften Muskulatur von Säugetieren den Muskeln von Insekten um den Faktor vier bis fünf überlegen ist. Nagelt mich nicht darauf fest, ich beziehe mich nur auf eine lose Erinnerung.

    Desweiteren führt der Zuwachs an Größe dazu, dass die Muskeln der Insekten immer schlechter mit Nährstoffen versorgt werden, da sie kein richtiges Gefäßsystem besitzen, sondern der Stoffwechsel dort per Hämolymphe funktioniert:
    "Die Insekten besitzen keine Blutgefäße in den Beinen. Die Nährstoffe, die zum Betrieb der Muskeln notwendig sind, werden mit der sogenannten Hämolymphe antransportiert. Mit der Hämolymphe, die frei in den Körperhohlräumen zirkuliert, werden auch die Abfallprodukte der Muskelarbeit abtransportiert." (http://de.wikipedia.org/wiki/Insektenbein)

    Sauerstoffversorgung ohne Lungen scheint auch nicht so ein großer Hit zu sein ;-).

    Der hier gezeigte Kletterroboter dürfte in größerem Maßstab sicherlich noch interessant sein. Man müsste einfach nachrechnen, wie viel Gewichtskraft pro Fläche gehalten wird. Aber eines darf man nicht vergessen. In größerem Maßstab wirken durch den Hebel (Bauhöhe) unweigerlich mehr Kraftanteile in horizontaler Richtung (Gesetz dem Fall der Roboter klettert 90° vertikal). Wie viel dann noch drin ist, weiß ich nicht.

    Viele Grüße :-)!

  15. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Ach 27.04.15 - 23:51

    Hmmm :], aber Hallo erst mal.

    Also, in der Dimension Tarantel-Wühlmaus, da muss man den Vorteil wohl an die Wühlmaus geben, da kann man wohl wenig dran argumentieren, ein bis zwei Größenordnungen darunter jedoch, wenn ich da an Laubheuschrecken, Flöhe oder Springspinnen denke, an die Beißwerkzeuge von Blattläusen und Holzwürmern, da zeigen Insektengelenke doch durchaus sehr konzentrierte Energien. Auch die ganzen Fluginsekten, ich erinnere mich da an eine Fliege unter einem Glas die versucht frei zu kommen und in Relation zur sehr kurzen Distanz enorm beschleunigend wieder und wieder gegen das Glas donnert, dann frage ich mich wirklich, wieviel der Schwäche einer Tarantel auf das System der Hydraulik zurückzuführen ist, und wieviel darauf, dass das System Hydraulik zur Deckung des bei der Größe einer Tarantel allmählich kritisch werdenden Energiebedarfs, schlicht auf das aller notwendigste abgespeckt ist.

    Andererseits scheint es ja auch eine Grenze in die andere Richtung für Wirbeltiere zu geben, eine Grenze nach unten, oder warum hat sich in den Millionen Jahren noch kein Reptil in die Nische der Miniaturisierung geflüchtet, wenn im doch sein Muskelgewebe einen so großen Vorteil gegenüber den Insekten gewähren sollte? Und auch die Menschen schaffen es nicht Miniaturfluggeräte mit einem auch nur annähernd zu einem Insekt vergleichbarem Leistungsgewicht zu konstruieren.


    Woher weiß ich also, dass das was die Biologen da an Muskelkraft gemessen haben, nicht mal die Kraft bedeutet die Insekten entwickeln könnten und eher die, die Insekten sich anhand ihres Energiehaushaltes maximal erlauben dürfen? Biologen sind keine Techniker, und zieht man Analogien in der Technik, gewinnt ausnahmslos immer die Hydraulik. Da gibt es genug Beispiele, wie etwa ein Seilaufzug gegen einen Hydraulikaufzug, Wagenheber/Hebebühne, und dass da durchaus auch Dynamik drin steckt, veranschaulichen die kraftvollen und unglaublich schnellen Laufapparate von Boston Dynamics, die soweit allen elektromechanischen Roboterkonstruktionen so ziemlich vorauseilen. Einziger Nachteil: auch die brauchen viel zu viel Energie, und Hydraulik wiegt. Langer Rede kurzer Sinn; aus physikalischer Sicht und aus Sicht von auf Leistungsdichte spezialisierter Insekten kann ich eine prinzipielle schwäche des Hydraulikmuskels nicht so richtig nachvollziehen, nur eine aus anderen Gründen notwendige.

    Ok so weit so gut mit den Out of the Box Gedanken :]. Wie sieht das eigentlich aus, hast du wirklich mal ne Tarantel festgehalten? Hört sich nach nem interessanten Erlebnis an :].

    Grüße, Ach

  16. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: johnsonmonsen 28.04.15 - 01:34

    Hallo Ach,

    danke für Deine ausführliche Antwort :-)! Meine Ansichten und meine Meinung erfolgen nun ohne Gewähr (und Gewehr) ;-).

    >...dann frage ich mich wirklich, wieviel der Schwäche einer Tarantel auf das System der Hydraulik zurückzuführen ist, und wieviel darauf, dass das System Hydraulik zur Deckung des bei der Größe einer Tarantel allmählich kritisch werdenden Energiebedarfs, schlicht auf das aller notwendigste abgespeckt ist.

    >Woher weiß ich also, dass das was die Biologen da an Muskelkraft gemessen haben, nicht mal die Kraft bedeutet die Insekten entwickeln könnten und eher die, die Insekten sich anhand ihres Energiehaushaltes maximal erlauben dürfen?

    Das ist eine wirklich gute Frage. Das Tracheensystem, das bei Insekten als Atmungsapparat dient, kommt mit zunehmender Größe der Tiere sicher an eine Grenze. Im Gegensatz zu den feinen Alveolen der Lungen sind die Tracheen nämlich nur kleine Röhrchen - und der Atemvorgang erfolgt passiv. Das bedeutet wiederum, dass das erwähnte Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, zunehmend weniger Sauerstoffversorgung für größere Insekten mit sich bringt und analog dazu, weniger "Leistungsgewicht", da Sauerstoff sehr am Energiehaushalt beteiligt ist. Die Hämolymphe versorgt große Gliedmaßen auch schlechter als kleine. Was die Insekten-Systeme mit optimierter Energieversorgung leisten könnten, wäre interessant.

    >Andererseits scheint es ja auch eine Grenze in die andere Richtung für Wirbeltiere zu geben, eine Grenze nach unten, oder warum hat sich in den Millionen Jahren noch kein Reptil in die Nische der Miniaturisierung geflüchtet, wenn im doch sein Muskelgewebe einen so großen Vorteil gegenüber den Insekten gewähren sollte?

    Ich denke, dass sich die Größe der Säugetiere (und Reptilien) auch ein wenig aus deren Komplexität ergibt. Da hätte "man" Probleme, das Ganze auf gedrängtem Raum unterzubringen. Kreislauf, Organe wie Herz, Nieren, Leber verlangen nach einem gewissen Platz und eröffnen auch dann erst einen evolutionären Vorteil, wenn deren Funktion benötigt wird. Vielleicht ging die Evolution den Weg Richtung Komplexität überhaupt nur, weil größer zunächst auch "stärker" bedeutet (jedenfalls solange bis ein gewaltiges Ereignis die Dinosaurier kaputt gemacht hat)? Und für Größe ist vielleicht wiederum Komplexität notwendig... Aktive Thermoregulation ist außerdem eine nützliche Eigenschaft, benötigt aber auch wiederum einen Metabolismus mit höherem Umsatz - ist aber ebenfalls ein Vorteil, wenn es darum geht, kältere Regionen zu bewohnen. Und Allah weiß es am besten ;-)!

    >Und auch die Menschen schaffen es nicht Miniaturfluggeräte mit einem auch nur annähernd zu einem Insekt vergleichbarem Leistungsgewicht zu konstruieren.

    Noch nicht. Das kann man jetzt für eine absolute Überlegenheit der Insekten/Natur oder einen relativen Nachholbedarf für die technologische Forschung halten ;-). Die Wissenschaft versteht viele elementare Dinge über das Funktionieren von Organismen noch nicht. Ohne ein Verständnis kann nicht so gut "nachgebaut" und schon gar nicht weiterentwickelt werden. Beispiel für ersteres sind z.B. die Proteinfaltung im Körper sowie die Morphogenese aus den recht überschaubaren, rund 800MB an genetischem Code (beim Menschen) - oder, wie man Trüffel züchten kann! Und immerhin sind die zwei ersten Dinge schon grundlegend am Stoffwechel beteiligt. Andere Zusammenhänge/Funktionsweisen sind bekannt, lassen sich aber momentan schlecht bis gar nicht nachbilden: Die wirtschaftliche Produktion von Spinnenseide z.B., die Herstellung des Materialgemisches von Schneckenhäusern, die effiziente Umsetzung von Kohlenhydraten in Energie, wie es in Organismen geschieht oder die Photosynthese innerhalb der Größenordnung von pflanzlichen Strukturen, die tribologischen Eigenschaften des Sandfisches, die Selbstheilungsfähigkeiten von Salamandern etc. Trotzdem sehe ich irgendwann ein "Break-Even" mit der Natur - ganz weit in der Zukunft. Da gibt es aber noch viel zu tun ;-).
    (zum Schneckenhaus: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/materialforschung-schneckenhaus-liefert-bauplan-fuer-super-panzerung-a-672585.html)

    Und mit "Break-Even" meine ich nicht, dass die Organismen generell und in allen Belangen die Nase vorn haben, sondern lediglich, dass der Mix aus energetischer Wirtschaftlichkeit in der Fortbewegung (z.B. von den von Dir genannten Fluginsekten), der Energiegewinnung (Photosynthese, Verstoffwechselung im Magen) der Effizienz im Aufbau des Materials (z.B. Spinnenseide, Schneckenhaus), der Steuerungsfähigkeiten (neuronale Systeme) und der Reproduzierbarkeit (autonome Fortpflanzung) - in Kombination mit einer unschlagbaren ökologischen Bilanz wirklich sehr, sehr nachahmenswert erscheinen, strebt man denn die Nachhaltigkeit an. Die Natur gibt jedenfalls eine gute Orientierung für ein Gesamtkonzept ab.

    >Biologen sind keine Techniker, und zieht man Analogien in der Technik, gewinnt ausnahmslos immer die Hydraulik.

    Es gewinnt die übermächtige Kraft des Hebels und die Tatsache, dass (praktisch) inkompressible Flüssigkeiten in Metallkolben zur Kraftübertragung genutzt werden. Hydraulik ist eine tolle Sache. Das ist ein Fall der Überlegenheit eines technischen Systems in den konstruktiv beabsichtigten Teilbereichen. Da kommt freilich kein Tier mit. Ebenso wenig wie mit Überschallflugzeugen, Superkavitationstorpedos und thermonuklearen Knallerbsen ;-).

    >Langer Rede kurzer Sinn; aus physikalischer Sicht und aus Sicht von auf Leistungsdichte spezialisierter Insekten kann ich eine prinzipielle schwäche des Hydraulikmuskels nicht so richtig nachvollziehen, nur eine aus anderen Gründen notwendige.

    Es gibt dabei ein wesentliches Problem: Hydraulische Muskeln (wie man sie im Tierreich findet) arbeiten nur in eine Richtung, sprich, es gibt keinen hydraulischen Antagonisten, sondern lediglich einen mit Muskelfasern. Bei Spinnen streckt die Hydraulik die Beine lediglich. Das ist auch ein Grund, weshalb Spinnen, nachdem man sie erschlagen hat, die Beine - entgegen der Gewohnheit - nicht ausstrecken, sondern zusammenziehen. Das ist die Spannung der Muskelfasern. Ein antagonistisch arbeitendes hydraulisches System wäre sicherlich schwieriger zu steuern und, vor allem, aufzubauen. Feine Druckregulierung wäre ebenso notwendig wie ein dynamischer Aufbau von Gegendrücken. Außerdem wurde beobachtet, dass die besonders starken Sprungbeine der südamerikanischen Laufspinne eben nicht durch die Hydraulik, sondern durch "ordinäre" Hüftmuskeln aufgebracht wird. Ein Umstand, welcher sehr für den vorteilhaften und kombinierten Einsatz von und mit Fasermuskeln spricht. Dich wird dieser Artikel daher sicherlich sehr interessieren:
    http://www.uni-jena.de/-p-287633.html

    >Ok so weit so gut mit den Out of the Box Gedanken :]. Wie sieht das eigentlich aus, hast du wirklich mal ne Tarantel festgehalten? Hört sich nach nem interessanten Erlebnis an :].

    Zugegeben, ich leide an ausgeprägter Arachnophobie. Wirklich. Genannte Erfahrung lies ich mir von einem Bekannten schildern, der sich mit Vorliebe exotische Tierchen gehalten hat. Da fiel mir nämlich auf, dass zum Immobilisieren der Spinne nur sehr wenig Kraft notwendig war. Die Spinne war dann auch gleich fixiert und konnte nicht mal mehr zappeln.

    Hat mir wieder viel Freude gemacht, Dir zu antworten.

    Viele Grüße :-)!

  17. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Ach 28.04.15 - 14:52

    Und da dankst du mir jetzt also für eine Ausführliche Antwort :], ich meine, das ist ja schon ein echtes kleines Werk das hingezaubert wurde. Lang, aber spannend bis zum letzten Buchstaben, weit ausholend aber glasklar, im selben Maße Einsichten und Schlüsse provozierend wie inspirierender Weise den Spot auf neue Möglichkeiten und Wege richtend. Erinnert mich schwer an Bionik, was du da so mitteilst. Weil es schwierig ist auf jeden Punkt gesondert einzugehen, eine kleine Auswahl, und noch eines vorweg; der letzte Monat wurde von einem kleinen Festereignis erhellt, wenn man so will einem kleinen Weihnachten für die Nerdsynapse:

    >Da kommt freilich kein Tier mit. Ebenso wenig wie mit Überschallflugzeugen, Superkavitationstorpedos und thermonuklearen Knallerbsen ;-)

    Die Riege der ohne Gegenpaart von, bzw. nicht von Vorbildern aus der irdischen Natur abgeleiteten menschlichen Erfindungen. Zu denen gesellt sich nun ein weites Forschungsobjekt einer Forschergruppe rund um Shanhui Fan von der Stanford University hinzu: Nanophotonic Control of Thermal Radiation and Energy Applications. Dabei geht es um einen gerichteten Wärmestrahler dessen Abstrahlung groß genug ist, seine Temperatur deutlich unter die der Umgebung zu senken, selbst wenn er selber einer direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt wird. Wenn man so will eine Anti-Solarzelle mit unerhörten Potenzialen was allgemeine Kühlungstechnik angeht, und eine ausgereifte Forschungsarbeit mit einem guten Mix aus Computersimulationen und praktischen experimentalen Aufbauten.

    In Beziehung zum Tracheensystem, vielleicht ist in dessen Funktionsprinzip ja gleichzeitig die Erklärung dafür enthalten, weshalb sich fliegende Insekten einen so permanent hoch erscheinenden Energiekonsum leisten können. Wenn die ihre Tracheen auch nur teilweise in den von ihnen selber erzeugten Luftstrom richten, bedeutet das eine Art biologisches Pendant zum Turbolader in Form des dann aufgeladenen Tracheensystem. Natürlich erklärt sich aus den Tracheen auch, warum ein damals höherer Luftdruck auch größere Insekten möglich machte.

    Was den Aspekt Big is Better und der sich darauf berufenden Entwicklung in die Größe angeht, so muss man mit in die Betrachtung einbeziehen, dass die Tierwelt bei ihrer Eroberung des Landes ja bereits mit einer beachtlichen Größe startete, und dass sich die als erste aus dem Wasser gestiegenen Gliederfüßler (mit ihrem Exoskeletts gut gegen die damals noch hohe UV-Strahlung geschützt), ihre Spezies erst nach dem Auftauchen der dynamisch überlegenen Wirbeltiere, in die eigene Miniaturisierung retteten, konträr zu dem Big das: Small ist beautiful.

    Der Muskel in der Insektenwelt ist doppelt spannend, weil er ja mitteilt, dass die Evolution seit Jahrmillionen beide Methoden der Krafterzeugung nebeneinander „betreibt“ und sogar kombiniert. Vielleicht begrenzt die Miniaturisierung dabei nicht nur die Komplexität von Organen, sondern auch die der Muskeln, da diese südamerikanische Springspinne ja ein relativ großes Insekt ist, und der Muskel bei kleineren Größen ganz zu verschwinden scheint. Das Ausbleiben des hydraulischen Antagonisten in der Insektenwelt und dessen Ersatz durch einen Muskel(Ist das eigentlich mehr ein aktiv gesteuerter Muskel oder mehr eine Art passive immer elastische Sehne?) stellt von ingenieurtechnisch betrachteter Seite ja eine gewisse entwerferische Steilvorlage zur Vereinfachung von Hydrauliksystemen dar, sprich, eine Hydraulik die man von beiden Seiten, von hinter dem Hydraulikmotor wie von hinter dem Zylinder mit je einem Hochdruckgasreservoir beschickt, dass die Funktion des Rückzugsmuskels übernimmt und mit Hilfe derer der Motor auch kaum noch gegen eine zusätzliche Spannung arbeiten muss vorausgesetzt die Drücke der beiden Reservoirs halten sich in etwa die Waage. Vielleicht ist die Idee aber auch schon ein alter Hut da die Innovationen in diesem Gebiet sehr zahlreich sind.

    In deinen Ausführungen trennst du relativ klar zwischen Technik und Natur. Vielleicht ist das nicht einmal notwendig, vielleicht ist der weitgespannte Größenbereich von Baumaschinen die Domäne der Eisen und Metalle und zwar in absoluter Form und unabhängig von Natur oder Technik, und der sich mit dem überlappende Bereich von der Bakterie bis zum Elefanten(oder Saurier), die Domäne des Kohlenstoffs, wiederum unterteilt in die komplexen Aufbauten mit Lebensfunktionsausführenden Organen der Wirbeltiere und in die sich in ihren Funktionen viel mehr in die physikalischen Basics schmiegenden Insekten. Umgekehrt betrachtet entkoppeln die Wirbeltiere also die Körperfunktionen von dem unmittelbaren Außen, während man die Maschinenwelt als einen weiteren Dimensionssprung betrachten kann, bei dem wiederum das ganze Gebilde der Maschine losgelöst ist von seinem Außen und nur entfernt abhängig von der Umgebung in Form des Vorhandensein der zur Konstruktion benötigten Rohstoffe, sowie abhängig von einer umso abstrahierteren und komplexeren Organisation und Wartung der Funktionen in Form von uns Menschen und unseres Fertigungsapparates. Das hört sich vielleicht etwas naiv an, und tatsächlich wird der Gedanke erst dann schlüssig, wenn man sich die Maschinenwelt als autark selbsterhaltend vorstellt. Dann würde aus den Maschinen ein Kollektiv von Wesen, das Steine und andere Dinge mit Hilfe von externalisierten „Organen“ „frisst und verdaut“ um aus denen Nährstoffe wie etwa Metalle zum Aufbau der Körperstruktur zieht. Wesen, welche die Strahlungsenergie der Sonne in ihren Treibstoff wandeln, denn von kohlenstoffbasierter „Nahrung“ abhängig, würde so eine hochenergietische Lebensform mittel- bis langfristig niemals funktionieren können.

    Neben der philosophischen Spielerei resultiert aus der Betrachtung aber auch eine interessante Konsequenz. Vielleicht ist es zum erfolgreichen Konstruieren in die Gegenrichtung, also ins Kleine ja für uns Menschendesigner unabdingbar noch ein gutes Stück souveräner mit Kohlenstoff als Baustoff umzugehen, und vielleicht sind Kohlenstoffnanoröhrchen und Graphen der einzige und der richtige Weg dorthin, weil man sich eben im Kleinen kaum noch so elegant von der Physik wegabstrahieren kann wie im Großen, man um ein intensives Arrangement mit der Physik also nicht mehr herum kommt und der Kohlenstoff genau in diesem Punkt und in dieser Größenordnung brilliert, wenn man eben lernt wie, die Insekten machen es ja vor.

    Soweit erst mal. Und man könnte das ohne Weiteres Tage weiterführen, leider gerade nicht die temporalen Ressourcen dazu abrufbar. Was Spinnen angeht, ich bin jetzt auch nicht der unbedingte Fan und Liebkoser der Insektenwelt, zuschauen ist so gerade noch ok :].

    Viele gute Grüße, Ach

  18. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: johnsonmonsen 28.04.15 - 15:54

    Hallo Ach,

    danke für den interessanten Link, den werde ich mir bei Zeiten näher anschauen. Das Lob nehme ich auch dankend entgegen ;-).

    >Wenn die ihre Tracheen auch nur teilweise in den von ihnen selber erzeugten Luftstrom richten, bedeutet das eine Art biologisches Pendant zum Turbolader in Form des dann aufgeladenen Tracheensystem.

    Habe ich so noch gar nicht betrachtet. Da müssen wirklich viele Luftströme vorhanden sein, bei den ganzen Flügelbewegungen.

    >und der Muskel bei kleineren Größen ganz zu verschwinden scheint.

    Der spezielle "Sprungmuskel" dieser Spinne. Ansonsten sind selbst bei klitzekleinen Insekten, wie Läusen, Muskeln vorhanden. Muskelfasern verrichten ihre Arbeit dabei immer durch Kontraktion. Alle Zellen in den Muskelfasern arbeiten quasi mit. Vielleicht findet man hydraulische Systeme (arbeiten mir Druck beim Ausdehenen) bei größeren Tieren nicht mehr, weil dazu ein (zentrales) kräftiges Druckreservoir notwendig würde und mit steigender Gefäßgröße die Druckstabilität sinkt? Organisches Gewebe ist ja eher flexibel als zugfest. Das ist das Problem bei Aneurysmen und die Ursache, dass ein Luftballon anfangs am schwersten aufzublasen ist (http://de.wikipedia.org/wiki/Aneurysma). Beschrieben wird das Ganze durch die Young-Laplace-Gleichung (http://de.wikipedia.org/wiki/Young-Laplace-Gleichung). Daraus folgt, dass kleine Querschnitte in Hohlgefäßen weitaus höheren Drücken standhalten. Aber vermutlich ist das Problem der feinen Steuerbarkeit auch einer der Gründe, weshalb Hydraulik im Tierreich nie alleine vorkommt? Alles nur Mutmaßungen, die aber Freude bereiten :-).

    >Ist das eigentlich mehr ein aktiv gesteuerter Muskel oder mehr eine Art passive immer elastische Sehne?

    Das weiß ich nicht, aber ich schätze, dass die hydraulische Komponenten eher passiv arbeitet, d.h. immer einen gleichbleibenden Druck hält.

    >vielleicht ist der weitgespannte Größenbereich von Baumaschinen die Domäne der Eisen und Metalle und zwar in absoluter Form und unabhängig von Natur oder Technik

    Quasi eine dem Stoff inhärente Eigenschaft, welche zur individuellen Expression neigt und im Wesen immateriell ist (in unterstellter absoluter Form letztlich sein muss) ;-)? Das würde jetzt zu metaphysisch werden. Dazu aber am Ende mehr.

    >Umgekehrt betrachtet entkoppeln die Wirbeltiere also die Körperfunktionen von dem unmittelbaren Außen,

    >Das hört sich vielleicht etwas naiv an, und tatsächlich wird der Gedanke erst dann schlüssig, wenn man sich die Maschinenwelt als autark selbsterhaltend vorstellt.

    Nicht naiv, sondern zwangsläufig. Ab dem Zeitpunkt, ab dem man beginnt, quasi skaleninvariante Gemeinsamkeiten in den verschiedenen Größenordnungen zu erkennen, die aufeinander aufbauen und letztlich unsere Umwelt, unsere Körper und Gehirne formen, an denen schließlich sichtbar wird, dass wir denken :-).

    >...souveräner mit Kohlenstoff als Baustoff umzugehen, und vielleicht sind Kohlenstoffnanoröhrchen und Graphen der einzige und der richtige Weg dorthin...

    Kohlenstoff fasziniert mich auch sehr. Vor allem die ganzen Modifikationen davon und weil dieses Element die Grundlage unserer organischen Körper bildet. Um große Skalen zu beherrschen, muss man die kleinen Strukturen so oder so meistern. Deshalb sprach ich von dem genetischen Code, der DNS. Irgendwann wird Molekül-Assembling und letztlich auch die Möglichkeiten zu atomarem Assembling die Möglichkeiten bieten, dort konstruktiv vorzugehen. Und was könnte ein erstrebenswerteres Gebiet sein, als die Biotechnologie, versetzt sie doch in die Lage, das Leben selbst zu fördern, zu erhalten und (evtl.) zu erhöhen. Den Menschen gesund, praktisch unsterblich und "fit" zu machen, eingebetten in eine nachhaltig organisierte Umwelt mit Ressourcen im Überfluss für alle. Kein so plumpes kybernetisch-elektrotechnisches Upgrade, sondern mit der Finesse des Lebensplanes selbst. Lebendig, ureigen und daher in jedem Sinne natürlich. Wir könnten Götter sein...

    >Soweit erst mal. Und man könnte das ohne Weiteres Tage weiterführen, leider gerade nicht die temporalen Ressourcen dazu abrufbar.

    Gerade über die metaphysischen Implikationen könnte ich mich im Schwerpunkt mitteilen. Geht aber dann weg von der technischen Ausrichtung des Forums. Bei Bedarf einfach melden, dann können wir uns gesondert dazu austauschen.

    Viele Grüße und alles Gute :-)!

  19. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: Ach 28.04.15 - 18:34

    >Und was könnte ein erstrebenswerteres Gebiet sein, als die Biotechnologie,

    Das ist dein erstrebenswertestes Ziel, und ich nehme an, ausgestattet mit und inspiriert von dem Wissen und der Klarheit digitaler Arbeitsmittel und -methoden, quer von der Seite und mit viel Karacho gleich durch ein ganzes Lagenpaket verschiedener Disziplinen.

    Meiner Wenigkeit startet jedenfalls in jenem Bereich, nimmt aber vor der "Mechanik des Lebewesens" die Abbiegung in Richtung des sich zwischen Physik, Technik und Kunst auftuenden und in weiten Bereichen unerforschten Zwischenraums, wobei ich die vorzeitige Ausfahrt in keinster Weise bereue, liegt das größte Potenzial und ein großer Teil der Motivation doch gerade in der Interaktion zwischen den Disziplinen. Dabei wünsche ich dir Glück und sehr viel Erfolg und das auch mit einem zusätzlichem Hintersinn. Denn entgegen der weit verbreiteten Meinung, dass wir Menschen doch eigentlich alt genug würden, bin ich der festen Überzeugung, dass eine menschliche Lebensspanne von 200, 300 Jahren oder gerne auch mehr, einen großen Nutzen für unsere Welt bereit hielte, in Form von Persönlichkeiten, die es endlich wieder mal zustande brächten, ein ausreichend weitreichendes und detailliertes Bild der Menschheitswissens in ihrem Kopf zu etwas zu verbinden, was uns politisch und menschlich tatsächlich wieder eine Stufe weiter brächte. Im Moment scheitert ein jeder solcher Versuch mit dem vorzeitigen Tod oder dem viel zu frühen verschleißen des dazu nötigen Denkapparates, und jeder noch so kleine Schritt der uns in Richtung dieser Art Gesamtphilosophie steuert, ist ein großer Schritt in Richtung Zukunft unserer Spezies. Aber wieder zurück auf die Erde :].


    Wir lesen sicher von einander, deshalb bis zum nächsten mal und nur das aller Beste,


    Ach :]

  20. Re: Wer bei Physik aufgepasst hat weiß

    Autor: johnsonmonsen 29.04.15 - 00:39

    Hallo Ach,

    dank Dir für das positive Feedback und das Teilen Deiner Ideen :-).

    Dabei muss ich mich noch dahingehend berichtigen, dass der Vergleich mit den Aneurysmen natürlich nur bei elastischer Verformung des Gefäßquerschnittes auftritt. Alleine vom größeren Durchmesser einer "Gefäßröhre" - mit proportional angepasster Wandung - tritt der Effekt nicht auf.

    Alles Gute und bis demnächst...

    :-)!

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