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Arbeitsblatt: Bionik – Technik von der Natur lernen

Teil 1: Die Brücke aus Papier

Julian möchte Architekt werden. Am ersten Tag an der Universität findet ein Praxistest statt: Alle Studierenden bekommen ein DIN-A4-Blatt. Die Aufgabe lautet, eine Brücke zu bauen, die zwischen zwei Tischen einen Stift tragen kann.

Viele der ~~Anwerter~~Anwärter legen sofort los und bauen komplizierte Konstruktionen. Julian versucht ebenfalls, eine Brücke zu bauen, aber egal, wie er das Blatt formt, seine Brücke hält nicht.

Deine Aufgabe:
Nimm ein DIN-A4-Blatt und versuche, eine Brücke zu bauen, die stabil genug ist, um einen kleinen Gegenstand zu ~~tragen –~~tragen, zum Beispiel ein Spielzeugauto. Überlege genau, wie du das Blatt einsetzen kannst, damit die Brücke hält.:

Beobachtungen:

Teil 2: Julians Idee – Inspiration aus der Natur

Enttäuscht geht Julian nach draußen in den Park. Plötzlich fällt ein Blatt einer Buche auf seinen Kopf und ihm kommt eine Idee. In der Natur müssen Blätter stabil sein: Sie sollen großen Belastungen wie Wind und Regen standhalten, aber gleichzeitig groß genug bleiben, um viel Sonnenlicht zu sammeln.

Die Natur löst dieses Problem auf eine besondere Weise: durch Faltungen. Julian faltet sein Blatt in einem Zickzack-Muster und überprüft, ob es jetzt stabil genug ist, um den Gegenstand zu halten. Diese Falttechnik nennt man Ziehharmonika-Faltung.

Deine Aufgabe:
Falte dein Blatt in einem Zickzack-Muster und teste, ob es stabiler wird. Notiere deine Beobachtungen: Welche Eigenschaften machen die Faltung besonders stabil?

Teil 3: Von der Buche ins Weltall

Die Blätter der Buche sind nicht nur stabil, sondern dienen auch als Vorbild für Technik. Der japanische Astrophysiker Koryo Miura ließ sich von der Faltung der Buche inspirieren und entwickelte die Miura-Faltung. Damit lassen sich zum Beispiel Solarzellen für Satelliten kompakt zusammenfalten und im Weltall wieder entfalten.

Die Natur zeigt uns also, dass einfache Lösungen wie Faltungen erstaunlich effektiv sein können – nicht nur auf der Erde, sondern sogar im Weltall.

Zusatzaufgabe

Faltet ein weiteres Blatt in der Miura Technik aus dem Video:

Teil 4: Bionik – Technik von der Natur lernen

Die Verbindung von Biologie und Technik nennt man Bionik. Bei der Bionik werden Prinzipien aus der Natur auf technische Anwendungen übertragen.

Beispiele aus der Pflanzenwelt

Schutzmechanismen:
Pflanzen haben unterschiedliche Methoden entwickelt, um sich zu schützen. Dornen bei Rosen oder Kakteen, Brennhaare bei der Brennnessel oder Giftstoffe wie beim Blauen Eisenhut sollen Fressfeinde abschrecken oder verletzen.
Versteifungsmechanismen:
Viele Pflanzen sind stabil, obwohl sie leicht gebaut sind. Faltstrukturen, wie sie bei Buchenblättern oder Fächerpalmen vorkommen, erhöhen die Stabilität. Blattadern wirken wie Zugseile, die das Blatt stützen, und Röhrenstrukturen, wie beim Grashalm, machen die Pflanze widerstandsfähig gegenüber Druck und Wind.
Bewegliche Pflanzen:
Einige Pflanzen können sich sogar bewegen. Die Mimose zieht ihre Blätter bei Berührung zusammen, die Seerose öffnet und schließt ihre Blätter je nach Lichtverhältnissen, und fleischfressende Pflanzen bewegen sich, um Beute zu fangen.

Das Unternehmen Festo hat sich von solchen Pflanzen inspirieren lassen und die Bionic Flower entwickelt. Dieser Roboter kann ähnlich wie Pflanzen reagieren und Bewegungen ausführen.

Teil 5: Experimente mit der Bionic Flower

Die Bionic Flower kann programmiert werden, zum Beispiel mit Open Roberta. So können unterschiedliche Pflanzenbewegungen simuliert werden.

Aufgaben:

Programmiere die Bionic Flower so, dass sie sich wie eine Seerose verhält: Sie soll bei Licht aufgehen und bei Dunkelheit schließen.
Programmiere die Bionic Flower so, dass sie sich wie eine Mimose bei Berührung zusammenzieht.
Ideenwettbewerb: Arbeitet in Dreiergruppen und überlegt euch eine praktische Anwendung für die Bionic Flower oder die Prinzipien der Mimose und Seerose. Entwickelt ein passendes Programm oder eine kleine Präsentation.