Adaptive Lösungen: Von der Natur zur Technik

Von SADAP Forschungsteam Titelgeschichte
Bionik Innovation

Wenn man über Anpassung in der Natur spricht, denkt man an ein 15 Zentimeter langes Reptil aus den Wüsten Australiens, den Dornteufel. Dieses bemerkenswerte Wesen zeigt, wie die Lösungen der Natur für komplexe Herausforderungen bahnbrechende technische Ansätze inspirieren können.

Naturlabor

Adaptive Mechanismen der Natur

Die Geschichte eines Überlebenskünstlers

Der Dornteufel weiß genau, wie herausfordernd das tägliche Leben in der Wüste sein kann. Dank der Natur hat er zwei bemerkenswerte Anpassungsmechanismen entwickelt:

Wasserspeichersystem

Durch Millionen mikroskopisch kleiner Kanäle in seiner Haut hat der Dornteufel ein perfektes Wassersammelsystem entwickelt. Diese Kanäle bilden ein Netzwerk, das Morgentau und sogar Wasser aus feuchtem Sand aufnehmen und direkt zum Mund leiten kann.

Schutzmechanismus

Der seltsame Buckel am Nacken ist in Wirklichkeit ein "falscher Kopf", der Raubtiere täuschen soll. Wenn sich der Dornteufel von einem Raubvogel bedroht fühlt, versteckt er seinen echten Kopf zwischen den Vorderbeinen und überlässt den falschen Kopf dem Angriff.

Adaptive Mechanismen des Dornteufels

"Der Dornteufel repräsentiert eines der ausgeklügeltsten Beispiele für adaptive Systeme in der Natur. Sein dualer Ansatz zur Bewältigung von Überlebensherausforderungen - die Bewältigung sowohl vorhersehbarer Ressourcenknappheit als auch unvorhersehbarer Bedrohungen - bietet eine perfekte Vorlage für moderne Ingenieurlösungen."

Prof. Dr. Werner Nachtigall, Pionier der Technischen Biologie und Bionik
Technische Anwendung

Adaptive Lösungen in der Technik

Genauso wie der Dornteufel sich sowohl an regelmäßige Störungen (Wasserknappheit) als auch an zufällige Störungen (Raubtierangriffe) anpasst, müssen technische Systeme für verschiedene Arten von Störungen gerüstet sein. Die Komponenten von Maschinen müssen durch Maßnahmen überwacht und geschützt werden, die sich sowohl an regelmäßige als auch an zufällige schädliche Einwirkungen anpassen können.

01

Erkennung

Moderne Sensornetzwerke überwachen kontinuierlich Systemparameter und identifizieren:

  • Regelmäßige Betriebsabweichungen
  • Plötzliche unerwartete Störungen
  • Umgebungsveränderungen
  • Leistungsanomalien
02

Analyse

Fortschrittliche Algorithmen verarbeiten die gesammelten Daten zur:

  • Bewertung der Systemstabilität
  • Einschätzung potenzieller Risiken
  • Berechnung optimaler Reaktionen
  • Vorhersage zukünftigen Verhaltens
03

Lösung

Implementierung adaptiver Maßnahmen zur:

  • Anpassung der Betriebsparameter
  • Aktivierung von Schutzmechanismen
  • Optimierung der Systemleistung
  • Sicherstellung nachhaltigen Betriebs

Kritische Bedeutung

Ohne geeignete adaptive Maßnahmen können unerwünschte Effekte wie mechanische Resonanzen zu folgenden Problemen führen:

  • Reduzierte Lebensdauer von Maschinenteilen
  • Potenzielle Risiken für die menschliche Sicherheit
  • Lärmbelastung und Materialverschmutzung

"Adaptive Maßnahmen für technische und wissenschaftliche Probleme lassen sich hauptsächlich unter dem Begriff Adaptronik zusammenfassen. Adaptronik schafft eine neue Klasse technischer, elastomechanischer Systeme, die sich durch Einsatz aktivierbarer Materialien und echtzeitfähiger digitaler Regler an unterschiedlichste Umgebungsbedingungen, selbsttätig anpassen können. In diesem Sinne ist Adaptronik auch ein multi- und interdisziplinärer Prozess, in dem anpassungsfähige Strukturen generiert und in technische Systeme integriert werden."

Prof. M. Sinapius
Adaptronik, Springer Vieweg, 2018