Bionik Vorbilder aus der Natur

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1 Bionik Vorbilder aus der Natur Sachtexte und Grafiken erschließen Eine Funktionsweise anhand eines Schaubilds beschreiben a. Beschreibt, was auf den Bildern zu sehen ist. b. Welche zwei Bilder gehören jeweils zusammen? Vergleicht die Pflanzen und Tiere mit den abgebildeten Gegenständen und ordnet sie paarweise zu. c. Begründet eure Zuordnungen. 28

2 Was Pflanzen und Tiere doch alles können. Habt ihr darüber auch schon manchmal gestaunt? Tatsächlich gibt es in unserem Alltag viele Gegenstände, die ein Vorbild in der Natur haben. So zum Beispiel auch in diesem Fall. Eine lästige Frucht stand Pate 5 Über den Schweizer Wissenschaftler Georges de Mestral 1 wird berichtet, dass er ein Naturfreund war und mit seinem Hund gern durch den Wald streifte. Aber immer, wenn beide nach Hause kamen, gab es erst einmal Arbeit: Denn seine Kleidung und das Fell des Hundes 10 hingen voller Kletten. So auch an einem Tag im Jahre 1948, als Georges de Mestral sich mühen musste, die Kletten aus dem Fell des Hundes und von seiner Kleidung abzusammeln. Das war aber kein Tag wie alle anderen, sondern an diesem Tag wurde eine Idee geboren 2 a. Welcher der Gegenstände auf Seite 28 hat sich aus der Idee von Georges de Mestral entwickelt? Nennt den Gegenstand. b. Wo begegnet ihr dieser Erfindung in eurem Alltag? Sprecht darüber. 3 a. Seht euch die Fotos auf Seite 28 erneut an und ergänzt gemeinsam die folgende Tabelle. Vorbild in der Natur Erfindung Nutzen der Erfindung b. Kennt ihr weitere Pflanzen oder Tiere, die Vorbilder für Erfindungen in der Technik waren? Tragt sie ebenfalls in die Tabelle ein. Die Biologie ist die Wissenschaft, die sich mit den Besonderheiten der Lebewesen befasst. Die Technik ist die praktische Anwendung von naturwissenschaftlichen Erkenntnissen zum Nutzen der Menschen. 4 Erklärt mit Hilfe der Worterklärungen, was Bionik bedeutet. Das Wort Bionik setzt sich aus den Wörtern Biologie und Die Bionik ist eine Wissenschaft, die In diesem Kapitel erfahrt ihr, wie die Bionik Vorbilder aus der Natur nachahmt, um unser Leben mit technischen Erfindungen zu vereinfachen. Ihr übt, Sachtexte und Grafiken zu erschließen und eine Funktionsweise anhand eines Schaubilds zu beschreiben. 1 Georges de Mestral [sprich: schorsch de mestrall] lebte von Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 29

3 Einen Sachtext erschließen In dem folgenden Sachtext erfährst du einiges zum Thema Bionik. Du erschließt den Sachtext und die dazugehörige Grafik mit dem Textknacker und stellst deine Ergebnisse auf einem Flyer dar Lies den Sachtext. Wende den 1. und den 2. Schritt des Textknackers an. Der Natur abgeschaut Teil 1: Jemand, der erfolgreich ist, wird gern zum Vorbild genommen. Und was sich bewährt hat, wird oft imitiert 1. Können nur Menschen Vorbilder sein? Keinesfalls: Denn auch in der Natur gibt es Pflanzen und Tiere, die besonders erfolgreich sind und deshalb als Vorbilder genutzt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler tun sehr viel, um herauszufinden, welches Geheimnis hinter deren Erfolgen steckt. Die Wissenschaft hat von ihnen gelernt und lernt auch weiterhin von der Natur. Diesen Wissenschaftszweig nennt man Bionik. Den Bionikern dienen Pflanzen und Tiere als Modelle 2, von denen sie bestimmte Fähigkeiten auf die Technik übertragen können. Dabei erforschen sie auch Analogien 3 zwischen Wirkungsprinzipien 4, die sowohl in der Natur als auch in der Technik vorkommen. Eine schon bestehende Technik können sie so noch weiter verbessern. Beispiele hierfür finden sich in vielen Lebensbereichen. Teil 2: Ein Beispiel für ein tierisches Vorbild sind Haie, die durch ihre Schnelligkeit seit 380 Millionen Jahren sehr erfolgreich bei ihrer Nahrungsbeschaffung sind. Lange hat man sich gefragt, warum Haie so schnell schwimmen können. Forscher fanden schließlich heraus, dass die Haie außer im Maul auch am ganzen Körper kleine Zähne tragen. Haifisch-Haut fühlt sich dadurch rau an. Sie besitzt eine Rillenstruktur, die nur unter einem Mikroskop sichtbar wird: In der Vergrößerung kann man erkennen, dass die Rillen so ausgerichtet sind, dass das Wasser beim Schwimmen durch sie hindurchströmen kann. So bilden sich beim schnellen Schwimmen viele kleine Wasserwirbel. Dadurch kann sich ein Hai ohne großen Widerstand sehr schnell fortbewegen. Die Oberfläche der Haihaut ist zum Vorbild für die Herstellung moderner Ganzkörper-Schwimmanzüge geworden. Mit solchen Schwimmanzügen verringert sich der Widerstand des Wassers beim Schwimmen. Einige Weltrekorde konnten so überhaupt erst aufgestellt werden. 1 imitiert: nachgeahmt 2 das Modell: die Vorlage 3 die Analogie: hier: die Ähnlichkeit von natürlichen und technischen Vorgängen 4 das Wirkungsprinzip: die Regel, nach der etwas funktioniert Textknacker S Schritt: Vor dem Lesen 2. Schritt: Das erste Lesen Haifisch-Haut unter dem Mikroskop Schwimmanzug Fast Skin 30 Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

4 Der Haihaut-Effekt funktioniert nicht nur unter Wasser, sondern auch an der Luft. Techniker entwickelten nach dem Vorbild der Haifisch-Haut eine dünne Folie, mit der die Tragflächen von Flugzeugen beklebt werden können. Da sich Luft ähnlich verhält wie Wasser, wird der Luftwiderstand beim Fliegen geringer und es lassen sich so bis zu drei Prozent Treibstoff einsparen. Auf einem Flug von Stuttgart nach New York könnten pro Passagier so etwa 6,6 Liter Kerosin 5 eingespart werden. Auf alle Passagiere umgerechnet wären das bis zu 2500 Liter Treibstoff auf nur einem einzigen Flug. Das entspricht einer Masse von etwa zwei Tonnen 6. Dieses Beispiel zeigt, dass Bionik unter Umständen auch beim sparsamen Umgang mit Energie helfen kann. Teil 3: Treibstoff-Einsparung im Airbus A380 pro Person Entfernung in km Einsparung in Litern Nicht nur in der Luftfahrt, sondern auch in der Schifffahrt ist es wichtig, Energie einzusparen und damit Umwelt und Ressourcen zu schonen. Die Schifffahrt zum Beispiel verbraucht für den Antrieb ungeheure Mengen von Treibstoff, weil die Schiffsrümpfe im Wasser einen hohen Reibungswiderstand haben. Bisher begegnete man dem Problem mit besonderen Farbanstrichen, die aber immer wieder erneuert werden müssen. Eine Oberfläche, die eine Luftschicht am Schiffsrumpf hält und so das Schiff besser gleiten lässt, könnte die Schiffe schneller machen und trotzdem Treibstoff für den Antrieb einsparen, bis zu ein Prozent. Das käme auch der Umwelt zugute. Jetzt ist man der Lösung ein bisschen nähergekommen, denn die Forscher entdeckten den Schwimmfarn Salvinia, der im Wasser tauchen kann, ohne dabei nass zu werden. Kleine Härchen mit schneebesenähnlichen Spitzen an den Blättern halten kleine Luftbläschen von einem Millimeter Durchmesser fest und lassen ihn schweben. Die anderen Teile der Härchen sind mit Wachskristallen besetzt, die das Wasser abweisen. Forschern ist es inzwischen gelungen, diese lufthaltende Oberfläche nachzubauen. Bis zur umfassenden Nutzung sind aber noch weitere Forschungen notwendig. New York ca Moskau ca Ankara ca Hanoi ca Madrid ca Zagreb ca. 800 Sofia ca Warschau ca Prag ca. 500 Entfernungen von Stuttgart in km der Schwimmfarn Salvinia die besonderen Blätter des Schwimmfarns 5 das Kerosin: der Treibstoff für Düsentriebwerke 6 die Tonne: eine Tonne entspricht einem Gewicht von 1000 kg die schneebesenähnlichen Härchen unter dem Mikroskop Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 31

5 Teil 4: Obwohl die Funktionsweise natürlicher Vorbilder oft einleuchtend ist, können Menschen manchmal nur unzureichend technisch kopieren, was die Natur im Laufe von mehreren Millionen Jahren entwickelt hat. Forscher interessieren sich heute z. B. besonders für Spinnenseide. Die Fäden, die eine Spinne fertigt, sind zehnmal dünner als ein menschliches Haar, im Vergleich zu Stahl sind sie aber 20-mal fester und viel elastischer als Gummi. Sollte es Wissenschaftlern gelingen, Spinnenfäden künstlich herzustellen, könnten z. B. extrem leichte, aber äußerst stabile Seile entwickelt werden. Für schusssichere Westen, wie sie Polizisten manchmal tragen müssen, wäre Spinnenseide wegen ihrer besonderen Festigkeit ebenfalls geeignet. Und in der Medizin hofft man, mit Hilfe der künstlichen Spinnenseide Nerven wieder zusammenwachsen lassen zu können. Trotz vieler Versuche ist es aber bis heute nicht gelungen, die Spinnenseide perfekt zu imitieren. Teil 5: Auch wenn es sehr aufwändig ist, natürliche Prinzipien technisch umzusetzen, lohnt sich der Blick in die Labore der Natur. Sie hat vollkommene Lösungen für Probleme entwickelt, die Menschen aktuell beschäftigen. Wie wir die Lösungen nutzen, sollten wir verantwortungsbewusst entscheiden: In allererster Linie sollte die Natur dabei nicht ausgebeutet, sondern geschützt werden. Denn wenn die Natur und ihre Bewohner vernichtet sind, kann niemand mehr von ihnen lernen. Je besser Techniker und Biologen zusammenarbeiten, desto besser wird das auch gelingen. 2 Lies den Text noch einmal genau Absatz für Absatz. Schlüsselwörter sind für das Verstehen besonders wichtig. 3 a. Lege eine Folie über den Text und markiere die Schlüsselwörter. Im ersten Teil sind sie bereits markiert. Tipp: Die Zusammenhänge im Text verstehst du noch besser, wenn du auf die Worte achtest, die auf vorher genannte Informationen verweisen. b. Schreibe für jeden Teil eine Zwischenüberschrift auf eine Karteikarte. c. Notiere darunter jeweils deine Schlüsselwörter aus Teilaufgabe a. Damit du den Sachtext vollständig verstehst, solltest du die Bedeutung der verwendeten Fachbegriffe klären. 4 a. Welche Fachbegriffe im Text kennst du nicht? Kläre ihre Bedeutung mit Hilfe der Erklärungen im Text oder in den Fußnoten. b. Schreibe die Wörter zusammen mit ihrer Erklärung auf. 3. Schritt: Den Text genau lesen Bezüge im Text verstehen S. 36 Teil 1: Der Wissenschaftszweig Bionik was sich bewährt hat, wird imitiert, Pflanzen und Tiere... Fachbegriffe erschließen S Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

6 Grafiken und Tabellen enthalten oft noch zusätzliche Informationen. 5 a. Erschließe die Grafik sowie die dazugehörige Tabelle auf Seite 31 mit dem Textknacker. b. Welche Aussage aus dem Text wird mit der Grafik genauer erläutert? Notiere die Zeilenangaben. c. Fasse die zusätzlichen Informationen aus der Grafik und der Tabelle in ganzen Sätzen zusammen. In der Grafik wird gezeigt, wie viel Liter Je größer die Entfernung ist, desto Die Tabelle informiert darüber, wie Für einen Flug von Stuttgart nach Textknacker für Grafiken S. 294 Mit einem Flyer könnt ihr andere über die wichtigsten Informationen aus dem Sachtext informieren. Ein Flyer enthält sowohl Text als auch Bilder. 6 Schreibt für euren Flyer zunächst einen informierenden Text. a. Markiert die wichtigsten Informationen auf euren Karteikarten. Welche Informationen sind für die Leserinnen und Leser wichtig? An welchen Beispielen könnt ihr den Nutzen der Bionik erklären? b. Prüft, ob ihr genug Informationen für euren Text habt. Falls nicht, recherchiert zusätzliche Informationen oder Beispiele. c. Legt in einer Gliederung fest, in welcher Reihenfolge ihr die Leserinnen und Leser informieren möchtet. d. Formuliert gemeinsam den Text. 4. Schritt: Nach dem Lesen einen informierenden Text schreiben S. 296 Lesetipps: Wespenstachel hilft bei Hüft-OP S. 280 Vogelschwingen im PC S a. Wählt weitere Elemente für euren Flyer aus, z. B. Fotos. b. Wie sollen die Überschriften, der Text und die Fotos auf eurem Flyer angeordnet werden? Fertigt einen ersten Entwurf eures Flyers an. Faltet ein DIN-A4-Blatt so, dass drei schmale Seiten entstehen. Skizziert, wie ihr die einzelnen Elemente anordnen möchtet. c. Gestaltet mit Hilfe der Arbeitstechnik einen Flyer am Computer. Arbeitstechnik Einen Flyer am Computer gestalten 1. Schritt: Das Layout erstellen Öffnet in eurem Textverarbeitungsprogramm ein leeres Dokument mit zwei Seiten. Stellt möglichst schmale Seitenränder ein und wählt das Querformat aus. Fügt auf beiden Seiten jeweils eine Tabelle mit drei Spalten ein. Die Spalten sind die sechs Seiten des Flyers. 2. Schritt: Den Flyer gestalten Schreibt den Text in die gewünschten Spalten und überprüft die Rechtschreibung. Wählt passende Schriften und Farben für den Text und die Überschrift aus. Fügt passende Bilder ein. Nennt bei fremden Bildern stets die Quelle. 3. Schritt: Den Flyer ausdrucken und falten Druckt das Dokument beidseitig aus und faltet den Flyer. Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 33

7 Eine Funktionsweise beschreiben Wenn du andere über den Nutzen einer technischen Erfindung informieren möchtest, musst du ihre Funktionsweise beschreiben können. Das gelingt dir, wenn du das natürliche Prinzip verstanden hast, das ihr zugrunde liegt. Das folgende Schaubild veranschaulicht das Prinzip, nach dem sich Ahornsamen verbreiten. ein Ahornbaum a. Beschreibe, was du in dem Schaubild siehst. b. Formuliere für jedes Bild einen Titel. Bild 1: der Ahornsamen löst sich vom Baum Bild 2: der Ahornsamen 5 10 Die folgenden Texte erklären das Prinzip. A Dabei wird der Flügel des Samens von einem Luftzug erfasst, wodurch er um die eigene Achse zu kreisen beginnt. Er dreht sich wie ein Propeller 1. Auf diese Weise entsteht eine Fläche mit einem erhöhten Luftwiderstand 2. Diese Fläche kann vom Wind erfasst werden. B Der Ahornsamen löst sich vom Fruchtstand. Der Flügel des Samens ist mit dem Kern verbunden, der das eigentliche Samenkorn enthält. Dieser ist schwerer als der Flügel, sodass der Samen zunächst im Sturzflug nach unten fällt. C Der gesamte Samen beginnt sich zu drehen, sodass ein Auftrieb entsteht. Der Auftrieb bremst den Sturz ab und verändert die Flugbewegung. Es entsteht eine spiralförmige Flugbahn. Auf dieser Flugbahn schwebt der Ahornsamen erst in einiger Entfernung vom Baum langsam zu Boden. ein Ahornsamen die Bestandteile eines Ahornsamens: der runde Kern mit dem eigentlichen Samenkorn der propellerartige Flügel 2 a. Welcher Text passt zu welchem Bild? Ordnet zu. b. Lest euch die Texte in der richtigen Reihenfolge vor. 1 der Propeller: eine Antriebsschraube, z. B. bei einem Hubschrauber 2 der Luftwiderstand: eine Kraft, die den Ahornsamen in seinem freien Fall bremst 34 Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

8 Das Propeller-Prinzip von Ahornsamen wird auch in der Luftfahrt genutzt. Hierbei werden die Propeller-Flügel eines Hubschraubers durch einen Motor angetrieben. 3 a. Sieh dir das Bild am Rand an. b. Welche Ähnlichkeiten gibt es zwischen den Flügeln des Ahornsamens und den Propeller-Flügeln eines Hubschraubers? Beschreibe sie. c. Was geschieht nacheinander, wenn sich die Propeller-Flügel des Hubschraubers durch den Motor zu drehen beginnen? Lest erneut die Texte zum Schaubild auf Seite 34 und übertragt das Prinzip auf den Hubschrauber. Tipp: Informiert euch zusätzlich in einem Lexikon oder im Internet, wenn ihr Hilfe benötigt. Texte A, B und C S Weshalb kann sich ein Hubschrauber sowohl aufwärts als auch gezielt vorwärts bewegen? Sieh dir das Bild am Rand noch einmal genau an und erkläre es. 5 Beschreibe mit Hilfe der Arbeitstechnik in einem kurzen Text, wie das Propeller-Prinzip eines Hubschraubers funktioniert. Tipp: Das Wortmaterial vom Rand kann dir helfen. Arbeitstechnik Einen Gegenstand und seine Funktionsweise beschreiben Das Propeller-Prinzip bei einem Hubschrauber: Der Propeller eines Hubschraubers besteht aus insgesamt vier Flügeln. Die einzelnen Propeller-Flügel sind ähnlich geformt wie 1. Schritt: Das Aussehen des Gegenstands beschreiben Gehe so vor wie bei einer Gegenstandsbeschreibung: Gib an, um welchen Gegenstand es sich handelt, und beschreibe wesentliche Merkmale. Unwichtige Angaben lässt du weg. Halte eine sinnvolle Reihenfolge ein, beschreibe z. B. erst das Ganze und dann die einzelnen Teile. Verwende Fachbegriffe. Informiere dich in einem Lexikon oder im Internet über die genauen Bezeichnungen der einzelnen Teile. 2. Schritt: Die Funktionsweise beschreiben Gib an, wozu die einzelnen Bestandteile des Gegenstands dienen, und erkläre, wie sie zusammen funktionieren. Um Besonderheiten der Funktionsweise zu verdeutlichen, kannst du sie mit anderen Prinzipien (z. B. aus der Natur) vergleichen. Schreibe im Präsens. Propeller-Flügel sind ähnlich geformt wie... an der Achse schwerer als... dadurch wird... möglich rotieren, sich drehen um die eigene Achse kreisen umströmt von... Auftrieb aufwärts bewegen 6 a. Recherchiere im Internet, wo das Propeller-Prinzip noch überall angewandt wird. b. Informiere deine Mitschülerinnen und Mitschüler über deine Erkenntnisse. Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 35

9 Extra Sprache Bezüge im Text verstehen In Texten gibt es oft Wörter, die Gedanken miteinander verknüpfen. Sie helfen dir beim Lesen dabei, den Text besser zu verstehen. Leonardo da Vinci Vater der Bionik Leonardo da Vinci 1, der von 1452 bis 1519 in Italien lebte, war nicht nur ein berühmter Maler, sondern auch ein vielseitiger Wissenschaftler. Als solcher untersuchte er lange Zeit das Flugverhalten von Vögeln. Daraus leitete er das Prinzip ab, nach dem sich ein Vogel in der Luft halten und bewegen kann. In einer Skizze hielt er seine Erkenntnisse fest und schrieb dazu: Wenn ein Mann ein Zelt aus einem beschichteten Leinentuch mit einer Seitenlänge von 12 florentinischen Braccia 2 und einer Höhe von 12 florentinischen Braccia hat, kann er sich von jeder Höhe herabstürzen, ohne sich dabei zu verletzen. Im Jahre 1793 glückte der erste Fallschirmsprung. Das war etwa 100 Jahre früher, als Leonardo da Vincis Skizze, die lange verschollen war, gefunden wurde. Das ist ein Zeichen dafür, dass manchmal mehrere Menschen das Gleiche beobachten und auch ähnliche Ideen haben. 1 Die hervorgehobenen Wörter im Text ersetzen oder erklären Wörter oder Wortgruppen, die vorher im Text stehen, genauer. a. Finde zu den hervorgehobenen Wörtern im Text die Wörter oder Wortgruppen, die genauer erklärt werden. b. Schreibe die hervorgehobenen Wörter zusammen mit den erklärten Wörtern oder Wortgruppen auf. Leonardo da Vinci, der 2 Finde im zweiten Teil des Textes nun selbst Wörter, die andere Wörter oder Wortgruppen ersetzen oder erklären, und schreibe sie auf. Aber wusstest du schon, dass Leonardo da Vinci auch einen Hubschrauber konstruiert hat? Sein Vorbild dafür war die Königslibelle. Diese ist imstande, ein Mehrfaches ihres eigenen Gewichts zu tragen. Das ist möglich durch die besondere Struktur ihrer Flügel. Weitere Untersuchungen dazu führten in unserer Zeit auch zur Entwicklung von Flugdrohnen, die z. B. Kameras in schwer zugängliche Gebiete transportieren können. 1 [sprich: leonardo da winschi] 2 der Braccio die Braccia [sprich: bratscha]: alte italienische Maßeinheit für Längen, ein Braccio entspricht ca. 58 cm 36 Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

10 Fachbegriffe erschließen Extra Sprache In Sachtexten kommen oft Fachbegriffe vor. Wenn du ihre Bedeutung klärst, verstehst du den Inhalt der Texte besser. Ein natürliches Belüftungssystem An heißen Sommertagen sind klimatisierte Gebäude für uns Menschen eine wahre Erleichterung. Wie man dabei ohne stromfressende Klimaanlagen auskommen kann, machen uns Termiten vor. Ihre Bauten werden durch ein natürliches Belüftungssystem klimatisiert. Es funktioniert mit Hilfe von Schächten und porösen Wänden. Dazu bauen manche Termitenarten riesige Hügel, die zum Teil sehr tief in den Boden hineinreichen. Da die Wände durchlässig sind, dringt durch sie frische Luft in den Bau und wird dort erwärmt. In einem zentralen vertikalen 1 Schacht nimmt sie Wärme auf und steigt deshalb nach oben. Dadurch wird sie in Lüftungsschächte gepresst, die dicht unter der Oberfläche des Baus verlaufen. Die Poren, also kleine Öffnungen in den Schachtwänden, ermöglichen den Austausch mit der Außenluft, sodass die warme Luft in den Schächten abgekühlt und mit Sauerstoff aus der Umgebung angereichert wird. Die Luft sinkt dann zurück in den Kellerboden, nimmt wieder Wärme auf und steigt somit wieder nach oben. Durch das Zirkulieren 2 der Luft bleibt die Temperatur im Termitenbau konstant 3. 1 Worum geht es in dem Text? Notiere Stichworte. 2 Kläre die Bedeutung der hervorgehobenen Fachbegriffe mit Hilfe der Arbeitstechnik. Schreibe für jedes Wort eine Erklärung auf. porös (Z. 5): durchlässig (e die Pore: die Öffnung) ein Termitenbau in Australien Schaubild: Die Beund Entlüftung in einem Termitenbau Die Bedeutung des Adjektivs porös lässt sich aus dem verwandten Nomen Pore ableiten, das in den Zeilen erklärt wird. Arbeitstechnik Die Bedeutung von Fachbegriffen erschließen Schreibe die Fachbegriffe, die du nicht verstehst, aus dem Text ab. Wenn es zu einem Fachbegriff Bilder gibt, kläre seine Bedeutung mit Hilfe der Bilder. Wenn ein Wort in Fußnoten erklärt wird, schreibe die Erklärung unter den Fachbegriff. Leite Fachbegriffe von Wörtern ab, die im Text erklärt werden. Schreibe auf, von welchen Wörtern du sie ableiten kannst. Wenn du einige Fachbegriffe noch nicht verstanden hast, schlage sie zum Schluss in einem Wörterbuch oder Lexikon nach. Schreibe die passende Erklärung auf. nachschlagen S Gib die Funktionsweise des Belüftungssystems in einem Termitenbau in eigenen Worten wieder. 1 vertikal: senkrecht 2 zirkulieren: sich im Kreislauf befinden 3 konstant: gleichbleibend Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 37

11 Einen Sachtext erschließen und eine Funktionsweise beschreiben Das kann ich! Hier überprüfst du, ob du einen Sachtext mit dem Textknacker erschließen und eine Funktionsweise beschreiben kannst. 1 Lies den Text. Wende den 1. und 2. Textknackerschritt an. Kühl und sparsam Wer das Eastgate Centre in Harare 1 betritt, kann zu jeder Jahreszeit mit gemäßigten Temperaturen und gut gelüfteten Räumen rechnen. Wie viele moderne Gebäude ist das größte Büro- und Einkaufszentrum Simbabwes klimatisiert. Das angenehme Innenklima kann jedoch ohne eine teure Klimaanlage beibehalten werden. Das Gebäude besteht aus zwei schmalen neungeschossigen Blöcken. Diese wurden nach dem Vorbild eines Termitenbaus errichtet und sind durch ein breites Atrium 2 miteinander verbunden. Das Atrium ist wie ein Innenhof, der mit einem Glasdach abgedeckt ist. Die angrenzenden Betonwände sind porös, sodass die einzelnen Stockwerke über Luftschächte und Hohlräume mit frischer Luft versorgt werden. Kühle Luft wird mit Ventilatoren angesaugt und gelangt durch den Keller in das Gebäude. Die Luft erwärmt sich allmählich und steigt wie im Zentralschacht eines Termitenbaus nach oben, denn warme Luft hat ein geringeres Gewicht als kalte. Über Kamine wird die warme Luft vom Dach abgeleitet, sodass von unten kühle Luft nachströmen kann. Um die Temperatur konstant zu halten, ist das Bauwerk aus Beton einem stark isolierenden 3 Baustoff errichtet. Dieses Lüftungssystem ist so leistungsfähig, dass das Gebäude nur halb so viel Energie verbraucht wie ein vergleichbares Gebäude in der Stadt. In den kühleren Nächten wird die Luft siebenmal ausgetauscht, wobei sich die Betonwände abkühlen. Dadurch können sie tagsüber den Räumen wieder Wärme entziehen. Mieter und Besucher sind mit dem Klima in diesem Gebäude sehr zufrieden. Nur an wenigen Tagen mussten sie schwitzen: Man hatte vergessen, die Ventilatoren einzuschalten. Auch in Europa gibt es inzwischen solche energiesparenden Bauten, z. B. in den englischen Städten Leicester und Nottingham. Erste Beispiele dafür, dass das Prinzip des Termitenbaus sogar in Wohnhäusern funktioniert, gibt es bereits. Textknacker S Schritt: Vor dem Lesen 2. Schritt: Das erste Lesen das Eastgate Centre in Harare Schaubild: Die Be- und Entlüftung im Eastgate Centre 1 Harare: die Hauptstadt des Staates Simbabwe 2 das Atrium: ein zentraler Innenraum, der durch ein Glasdach belichtet wird 3 isolierenden: abdichtenden, dämmenden 38 Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

12 Das kann ich! 2 Lies den Text noch einmal genau Absatz für Absatz. 3 a. Lege eine Folie über den Text und markiere die Schlüsselwörter. Tipp: Im ersten Absatz sind sie bereits markiert. b. Formuliere für jeden Absatz eine Zwischenüberschrift und schreibe sie auf. c. Schreibe unter jede Zwischenüberschrift die Schlüsselwörter. Absatz 1 (Z. 1 5): Ein gut klimatisiertes Einkaufszentrum Eastgate Centre in Harare, gemäßigte Temperaturen, gut gelüftete Räume Absatz 2 (Z. 6 25): 3. Schritt: Den Text genau lesen Zum Sachtext gehört auch ein Schaubild, welches das Belüftungssystem des Einkaufszentrums genauer erklärt. 4 a. Erschließe das Schaubild mit dem Textknacker. b. Beantworte die Fragen zum Schaubild in Stichworten. Was bedeuten die Pfeile? Was bedeuten die Farben Blau und Rot? Welche Ähnlichkeiten erkennst du zwischen dem Einkaufszentrum und einem Termitenbau? Tipp: Lies erneut den Text auf Seite Beschreibe die Funktionsweise des Belüftungssystems im Eastgate Centre in einem kurzen Text. Mit einem Flyer könnt ihr andere über die Funktionsweise des Belüftungssystems im Eastgate Centre und sein natürliches Vorbild, den Termitenbau, informieren. 6 Gestaltet am Computer einen Flyer mit der Überschrift Ein angenehmes Raumklima ganz ohne Klimaanlage. 7 Arbeitet mit einer anderen Gruppe weiter. a. Präsentiert euch gegenseitig eure Flyer. b. Gebt euch gegenseitig eine Rückmeldung zu eurem Flyer. Ist das Layout übersichtlich? Sind die Informationen klar und verständlich? 8 Besprich deine Arbeitsergebnisse mit deiner Lehrkraft. Was ist dir bereits gut gelungen? Was solltest du noch üben? Textknacker für Grafiken S. 294 Text Ein natürliches Belüftungssystem S. 36 Arbeitstechnik: Einen Gegenstand und seine Funktionsweise beschreiben S Schritt: Nach dem Lesen Arbeitstechnik: Einen Flyer am Computer gestalten S. 33 Training: Einen Sachtext erschließen und eine Funktionsweise beschreiben S Weiterführendes: Kritisch mit Informationen umgehen Probleme erkennen und diskutieren S Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 39

13 Training Einen Sachtext erschließen und eine Funktionsweise beschreiben Wie ist es möglich, mit den Ohren oder den Händen zu sehen? Du erschließt einen Sachtext über das Echolot-Prinzip bei Fledermäusen und beschreibst die Funktionsweise eines Schallstocks für Blinde. Am Schluss präsentiert ihr eure Arbeitsergebnisse gruppenweise auf einem Plakat Lies den Sachtext. Wende die Textknackerschritte 1 und 2 an. Mit den Ohren sehen Wie ein Lebewesen die Umwelt wahrnimmt, hängt von seinen Sinnesorganen ab. Sie dienen dazu, die lebenswichtigen Informationen zu finden, z. B. über die Nahrung, über sich nähernde Feinde und Artgenossen. Fledermäuse, die sich oft in Höhlen aufhalten und nachts jagen, haben die einzigartige Fähigkeit, sich in völliger Dunkelheit orientieren zu können. Bis vor etwa 80 Jahren glaubte man deshalb noch, dass Fledermäuse übernatürliche Kräfte besitzen. Denn eine sachliche Erklärung dafür, dass Fledermäuse im Dunklen sicher ihre Beute finden und jagen können, kannte man bis dahin nicht. Der amerikanische Biologe Donald Griffin kam im Jahr 1938 dem Geheimnis auf die Spur. Er fand heraus, dass die Fledermäuse ihre Beute mit Ultraschall aufspüren und verfolgen. Als Ultraschall bezeichnet man Schallwellen, die wir Menschen nicht wahrnehmen können, denn unsere Ohren hören nur Töne bis etwa 20 khz, das sind Schwingungen pro Sekunde. Der Ultraschallbereich liegt zwischen 20 khz und 10 GHz (10 Millionen Schwingungen pro Sekunde.) Fledermäuse besitzen ein ausgezeichnetes Gehör und können Töne im Ultraschallbereich hören und auch selbst erzeugen: Glattnasen-Fledermäuse erzeugen den Ultraschall mit ihrem Maul, Hufeisennasen-Fledermäuse benutzen dafür ihre Nase. Wenn das erzeugte Ultraschallsignal auf einen Gegenstand oder ein Lebewesen wie z. B. eine mögliche Beute trifft, wird es reflektiert und kommt zurück. An der Stärke des Signals hören die Fledermäuse dann sogar, wie weit die Beute von ihnen entfernt ist: Je näher die Beute ist, desto stärker ist das empfangene Signal. Heute wird Ultraschall in vielfältiger Weise eingesetzt: zum Beispiel bei der Echolotung, um in der Schifffahrt z. B. Meerestiefen auszumessen. Ultraschall wird außerdem genutzt, um Menschen frühzeitig vor Tsunamis zu warnen. Dabei werden vom Meeresboden Informationen über Bewegungen, die durch Erdbeben verursacht wurden, an Bojen gesendet. Diese Informationen werden dann dahingehend analysiert, ob ein Tsunami droht. Textknacker S Schritt: Vor dem Lesen 2. Schritt: Das erste Lesen 40 Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

14 Training 2 Lies den Text mit dem 3. Textknackerschritt nun genau. 3 Lege eine Folie über den Text und markiere die Schlüsselwörter. W-Fragen helfen dir dabei. Wozu dienen die Sinnesorgane von Lebewesen? Schlüsselwörter: Sinnesorgane: lebenswichtige Informationen finden Was ist das Besondere an Fledermäusen? Schlüsselwörter: Fledermäuse, einzigartige Fähigkeit: in völliger Dunkelheit orientieren, sicher Beute finden und jagen Wie machen Fledermäuse das? 3. Schritt: Den Text genau lesen 4 Notiere Stichworte zum Text auf Karteikarten. Tipp: Schreibe für jeden Absatz eine passende Überschrift auf eine Karteikarte. Schreibe deine Schlüsselwörter jeweils darunter. Auch für sehbehinderte Menschen kann das Echolot-Prinzip der Fledermäuse nützlich sein. Der englische Zoologe Dean Waters beobachtete Fledermäuse bei der Nahrungssuche und entwickelte daraus vor ca. 20 Jahren die Idee zu einem Schallstock für Blinde: Seine Erfindung nannte er Batcane 1. Die Abbildungen verdeutlichen, wie der Schallstock funktioniert. 1 Empfänger Sender: Signale pro Sekunde Reichweite: bis zu drei Metern 2 vibrierende Köpfe (je näher das Hindernis, desto stärker die Vibration) 3 1 deutsch: der Fledermausstock Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 41

15 Training 5 Erschließe die Grafiken auf Seite 41 mit dem Textknacker. 6 a. Sieh dir zunächst die Grafik 1 genauer an. b. Beschreibe die einzelnen Schritte des Echolot-Prinzips bei Fledermäusen noch einmal in eigenen Worten. Tipp: Du kannst dafür deine Stichworte zu Absatz 3 verwenden. Die Fledermaus erzeugt mit ihrem Mund oder ihrer Nase Textknacker für Grafiken S. 294 Grafik 1 S a. Sieh dir nun die Grafiken 2 und 3 genauer an. b. Wie ist der Schallstock für Blinde aufgebaut? Wie funktioniert er? Notiere wichtige Informationen in Stichworten. der Aufbau des Schallstocks ein langer Stab, oben mit einem Handgriff zum Festhalten vorne am Griff befindet sich die Funktionsweise des Schallstocks der Sender schickt c. Beschreibe den Aufbau und die Funktionsweise des Schallstocks in einem kurzen Text. Gehe dabei auch auf sein natürliches Vorbild, die Fledermaus, ein. Grafiken 2 und 3 S. 41 Arbeitstechnik: Einen Gegenstand und seine Funktionsweise beschreiben S. 35 Eure Arbeitsergebnisse könnt ihr nun gemeinsam auf einem Plakat darstellen und anschließend präsentieren. 4. Schritt: Nach dem Lesen 8 Plant und gestaltet euer Plakat. a. Was habt ihr in dem Sachtext und den Grafiken Interessantes erfahren? Seht euch eure Karteikarten sowie eure Lösungen zu den Aufgaben 6 und 7 an. b. Welche Informationen möchtet ihr für das Plakat verwenden? Sprecht darüber und haltet eure Ergebnisse in Stichworten fest. c. Wie könnt ihr die Funktionsweise des Schallstocks auf dem Plakat darstellen? Einigt euch auf eine geeignete Darstellungsform. 9 Gestaltet euer Plakat mit Hilfe der Arbeitstechnik im Anhang. 10 a. Präsentiert eure Plakate in eurer Lerngruppe. b. Gebt euch gegenseitig eine Rückmeldung zu euren Plakaten. 11 a. Wo findet das Echolot-Prinzip noch überall Anwendung? Recherchiere im Internet. b. Präsentiere deiner Lerngruppe anschließend deine Ergebnisse. ein Plakat gestalten S. 295 Feedback geben S. 299 im Internet recherchieren S Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

16 Kritisch mit Informationen umgehen Probleme erkennen und diskutieren Weiterführendes Lassen sich all unsere Probleme mit Hilfe der Bionik lösen? Du erschließt den folgenden Text mit dem Textknacker und nimmst anschließend selbst schriftlich Stellung zu dieser Frage. Textknacker S Lies den Text mit dem Textknacker. Tipp: Während des genauen Lesens kannst du eine Folie über den Text legen, um die Schlüsselwörter zu markieren Einfach nachmachen? Heinz Müller Die einfachste Form des Lernens ist das Modelllernen. Schon als Säuglinge beobachten wir andere Menschen, imitieren sie und erwerben damit neue Fähigkeiten. Im Bereich der Bionik nehmen Menschen die Natur zum Vorbild. Sie übertragen ihr Wissen über lebende Organismen auf technische Systeme und entwickeln dabei Technologien nach natürlichen Modellen weiter. Hält die Natur also allerlei passende Lösungen für unsere Bedürfnisse bereit? Können wir daher Lebewesen als faszinierende High-tech-Modelle für technischen Fortschritt betrachten? Solche Fragen stellen sich diejenigen wie ich, die die unkritische Nutzung bionischer Entwicklungen mit Besorgnis beobachten. Problematisch wird es vor allem dann, wenn Lebewesen durch bionische Roboter ersetzt werden sollen. In Japan z. B. sind Roboter viel weiter verbreitet als in Europa. So gibt es dort beispielsweise Roboterhunde, die zum Spielen entwickelt wurden und von manchen sogar als Haustier-Ersatz verwendet werden. Andere Roboter sitzen am Empfang von Ausstellungen, betreuen Menschen im Altersheim oder spielen Jazzmusik in einer Roboterband. Je ähnlicher die Roboter den Menschen werden, desto größer wird die Sorge darüber, dass sie Menschen schließlich ersetzen könnten. Tatsächlich werden bereits Arbeitskräfte in Fabriken entlassen, weil Industrieroboter immer mehr Tätigkeiten übernehmen können. Andere Bioniker arbeiten daran, insektenartige Roboter zu konstruieren, weil die Anzahl der Bienenvölker in vielen Regionen der Erde stark abnimmt. Bienen sorgen in der Natur für das Bestäuben von Pflanzen und tragen damit zu deren Arterhaltung bei. Könnten die Pflanzen nicht mehr in ausreichender Zahl bestäubt werden, hätte das schwerwiegende Folgen für die Fortpflanzung von Nutzpflanzen und damit für die Ernährung von Menschen und Tieren. Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 43

17 Weiterführendes Um diese Probleme zu lösen, wollen einige Wissenschaftler mikromechanische Fluginsekten entwickeln. Das sind fliegende Kleinstroboter, die in der Lage sind, Pflanzen zu bestäuben. Lebewesen lassen sich jedoch nicht ohne Weiteres technisch kopieren. Denn während natürliche Insekten spontan auf Umwelteinflüsse reagieren, müssen bionische Roboter vom Menschen aufwändig programmiert werden. Abgesehen davon wäre zu überlegen, ob es nicht sinnvoller ist, die benötigte Zeit und das Geld dafür zu verwenden, die natürlichen Lebensräume der Tiere zu schützen. In anderen Bereichen der Bionik wurde bereits viel Zeit und Geld aufgewendet, ohne die daraus entwickelte Technik in großem Umfang zu nutzen. Für die Luftfahrt wurde schon Anfang der 1990er-Jahre eine Folie nach dem Vorbild der Haihaut entwickelt und hergestellt. Allerdings werden bis heute kaum Flugzeuge mit dieser Folie beklebt. Denn um einen vorschriftsmäßigen Sicherheitscheck an der Flugzeugoberfläche vornehmen zu können, müsste die Folie jedes Mal in Handarbeit abgenommen werden. Es dauert anschließend wieder mehrere Tage, das Flugzeug zu bekleben, da die Folie ganz glatt und von Hand angebracht werden muss. So lange könnte das Flugzeug weder Fracht noch Passagiere transportieren und die Fluggesellschaften würden in dieser Zeit kein Geld verdienen. Beim Lernen von Vorbildern geht es also letztendlich nicht nur darum, neues Wissen zu erwerben und umzusetzen, sondern auch darum, es angemessen und verantwortungsvoll anzuwenden. Welche Absichten und Folgen bei der Umsetzung der Erkenntnisse eine Rolle spielen, sollte im Einzelfall genau bedacht und diskutiert werden. 2 Worum geht es in dem Text? Notiere Stichworte. mehr zur Folie nach dem Vorbild der Haihaut: Text Der Natur abgeschaut S. 31, Teil 3 Du untersuchst nun genauer, wie sich der Text mit den Ergebnissen bionischer Forschung auseinandersetzt. 3 a. Finde im Text Beispiele, mit denen Kritik an bionischer Forschung geübt wird. b. Stelle die einzelnen Forschungsziele und den jeweils erhofften Nutzen der Erfindungen in einer Tabelle gegenüber. Forschungsziel erhoffter Nutzen Entwicklung von Robotern Spiel und Unterhaltung, aber auch 44 Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur

18 4 Welche Meinung des Autors kannst du dem Text entnehmen? Gib die zentrale Aussage des Textes in eigenen Worten wieder. 5 Untersuche die Position des Autors genauer. a. Weshalb ist es seiner Meinung nach in einigen Fällen nicht sinnvoll, die Natur zu kopieren? Notiere Stichworte. b. An welchen Textstellen und Formulierungen kannst du das erkennen? Schreibe die Zeilenangaben auf. 6 Stelle Vermutungen zu den Adressaten und der Intention des Textes an. An wen könnte sich der Text richten? Was könnte der Text bei den Leserinnen und Lesern bewirken wollen? Notiere die Zeilenangaben der Textstellen, mit denen du deine Vermutung stützen kannst. 7 Welche Funktion hat in diesem Zusammenhang das Fragezeichen in der Überschrift des Textes? Inwiefern unterstützt es die Position des Autors? Sprecht darüber. Weiterführendes Nun könnt ihr eure persönlichen Meinungen zum Thema des Textes austauschen. 8 Diskutiert gemeinsam die folgenden Fragen. Wie bewertet ihr den Nutzen der einzelnen bionischen Erfindungen, die ihr in diesem Kapitel kennen gelernt habt? Welche Fragen sollten bei bionischen Forschungen in der Zukunft eine Rolle spielen? Abschließend kannst du deine persönliche Meinung formulieren. 9 Lassen sich all unsere Probleme mit Hilfe der Bionik lösen? Schreibe deine Meinung dazu auf und begründe sie. 10 a. Über welche Chancen oder Probleme der Bionik möchtest du noch mehr erfahren? Sammle Fragen und recherchiere dazu im Internet. b. Präsentiere deiner Lerngruppe deine Ergebnisse in Form eines Kurzreferats. ein Referat vorbereiten S. 298 Thema: Bionik Vorbilder aus der Natur 45