Bionik Wandelbare Strukturen:

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1 Bionik Wandelbare Strukturen Hydraulische Mechanismen der Arthropoden Von Marie- Claire Graf 3Bb Maturarbeit 2015 Gymnasium Liestal Betreuungsperson von Weymarn Constantin

2 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Inhaltsverzeichnis 1 Zusammenfassung3 2 Einleitung4 3 GeschichteundDefinitionderBionik6 31 KurzeGeschichtederBionik6 32 DefinitionundArbeitsweisederBionik7 33 ZehnGrundprinzipienderBionik9 4 BionischeErfindungenFliegenwieVögel,schwimmenwieFische,bauenwie Insekten11 41 Rauistschnelleralsglatt Haifischhaut11 42 Immerperfektsauberundselbstreinigend Lotuseffekt12 43 Festverzahnt Klettverschluss13 44 StehtaufjedemTisch Salzstreuer14 45 NachVorbilderndesKofferfischs Bioniccar15 46 KünstlicheFotosyntheseXGrätzelzelle16 5 TheoriezurpraktischenArbeit17 51 Arthropoden DieheimlichenHerrscherderErde KurzeEinführung BiologieundAnatomie AufbaudesExoskeletts Muskulatur Sensorik25 52 BewegungsmechanismenderArthropoden AktiveBewegungsmechanismenderArthropoden PassiveBewegungsmechanismenderArthropoden HydraulikalsBewegungsmechanismus BeweglicheSysteme34 6 MaterialundMethoden36 61 Untersuchungsmaterial36 62 Vorbereitung37 63 Makrofotografie40 64 Mikroskopie40 65 Lichtmikroskopie40 66 Rasterelektronenmikroskopie(REM41 67 AtomicForceMicroscope(AFM44 7 Resultate45 71 EuropäischeWanderheuschreckeundWüstenheuschrecke(weiblich46 72 Spinnen,amBeispielderErdfinsterspinne55 73 KrebstiereamBeispielderNordseegarnele60 74 GeisselantennederHeimchen63 75 Honigtopfameise,WanderXundWeberameise,allgArbeiterinnenameisemit AufgabederNahrungssuche65 76 TermitenXundAmeisenkönigin69 78 Libelle71 79 DeckelschlüpferamBeispielderSchmeissfliege73 710SchwarzerKiefernprachtkäfer75 1

3 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Interpretation Diskussion Schlussfolgerung78 81 AuswertungundInterpretation78 82 Diskussion81 83 Schlussfolgerung82 9 Anwendung83 91 Architektur83 92 Robotik86 93 WeitereAnwendungen87 10 Danksagung90 11 Quellenverzeichnis Literaturverzeichnis Internetverzeichnis Abbildungsverzeichnis98 Anhang101 2

4 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Zusammenfassung Ausgangspunkt für die Maturarbeit bilden folgende Leitfragen Welche hydraulischen Mechanismen haben Arthropoden entwickelt, um sich zu bewegen? Wie sind ihre Gelenke aufgebaut und wie funktioniert das Zusammenspiel von Funktion, Form, Struktur,MaterialundMechanik?WelcheAspektesindfürdieTechnikinteressant? Anhand von umfangreichen Literaturrecherchen und wissenschaftlichen Unter& suchungenwiemakrofotografie,lichtmikroskopie,rasterelektronenmikroskopie(rem und Atomic Force Microscope(AFM konnte bei verschiedenen Arthropodenarten wie der Europäischen Wander& und Wüstenheuschrecke, der Erdfinsterspinne, dem Heimchen und der Nordseegarnele aufgezeigt werden, dass für ihre Beweglichkeit ein gut aufeinander abgestimmtes Zusammenwirken von festen und flexiblen Strukturen nötig ist Die unterschiedlichsten Bedürfnisse der Beweglichkeit werden durch die vielseitig und multifunktional eingesetzte Hydraulik abgedeckt, wobei dafür oft die eigenekörperflüssigkeitdiesefunktionübernimmt Bewegungsstudien und Makrofotografie der untersuchten Arthropoden lieferten essentielleinformationenzufunktion,formundstrukturderhydraulischengelenke Lichtmikroskopische Aufnahmen haben die ersten Erkenntnisse bestätigt und gut ersichtlichwurdedaskomplexezusammenwirkenvonfestenstrukturen,denskleriten, sowiedenflexiblen,denmembranen Mit REM&Bildern konnte sowohl die Struktur und Form der Membran verdeutlich werden,alsauchdiefunktionundmechanikihrerbeweglichkeit AusdengewonnenenEinsichtenwerdenAnwendungenfürdietechnischeUmsetzungin der Robotik und der Architektur skizziert In beiden Branchen sind die bionischen Untersuchungen zu den hydraulischen Mechanismen der Arthropoden von zentraler Bedeutung Es könnte dabei eine qualitativ neue Generation von technischen Innovationenentstehen Zusammenfassen kann festgehalten werden, dass ein hydraulischer Mechanismus bei Arthropoden nur möglich ist, wenn sie beweglich sind und ein hydraulisches System besitzen Das Zusammenspiel dieser beiden Gegebenheiten ermöglicht hydraulisch unterstützebewegungsabläufe 3

5 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Einleitung Seit Jahrmillionen entwickelt die Natur biologische Strukturen und Funktionen immer weiter,lässtaussterben,generiertneuesundstrebtdasidealan Survivalofthefittest, dieserkanntebereitscharles(darwinaufseinenexpeditionendienaturexperimentiert undlässtnurdiebestengeneüberlebendurchdiesenatürlicheselektionoptimiertsie sichselbstundentwickeltsichweiterausmenschlichersichterscheintdienaturhart undgnadenlos,nurdieambestenangepasstenlebewesenüberleben Die Natur hat es geschafft, aus einer Handvoll chemischer Elementen eine genetische Vielfalt zu entwickeln, die sich in der unüberblickbaren Fülle an Arten wiederspiegelt Die ca 15 Millionen Tiere und rund 05 Millionen Pflanzenarten, welche bis heute beschriebensind,bildenmitihrenanpassungeneinenriesigenideenkatalogfüruns 1,2,3 Das Ziel der Bionik ist, diese biologischen Errungenschaften zu erkennen und zu verstehen, systematisch zu nutzen und in marktfähige Produkte umzuwandeln In der heutigenwirtschaftlichenlage,woesdarumgeht,mitressourcensparsamumzugehen unddabeiinnovativeundnachhaltigeprodukteaufdenmarktzubringen,sollteesvon Interessesein,diebereitsvorhandenenVorbilderderNaturzuverwendenDabeikann die Bionik vom beachtlichen Wirkungsgrad der Natur profitieren Sie agiert mit dem Minimum&Maximum&Prinzip, das heisst, sie versucht bei einem Minimum an Material und Energie ein Maximum an Funktionalität und Zuverlässigkeit zu erreichen 4 Des weiternistzubeachten,dassderideenpoolunsgratiszurverfügunggestelltwirddabei möchten die BionikerInnen die Natur nicht einfach kopieren, sondern im Sinne der Evolution,demZweckentsprechendeAnpassungengenerierenGemässdemGesetzder Natur, weniger ist mehr, kreiert die Natur nach folgenden vier Prinzipien sparsam, nachhaltig,leistungsfähigundfunktionstüchtigdiesegrundsätzesindsoüberzeugend, dasssiefaszinierenoftsinddielösungenindernaturdeshalbaucheinfachundgenial DieNaturentwickeltsichkontinuierlichweiterundverbessertsichInihremNetzwerk istallespassendaufeinanderabgestimmtundharmonisiert DermenschlicheErfindergeisthatschonfrühentdeckt,dassdieNaturgenialeVorbilder undideen geschaffen hat, wie ich im Kapitel 31( Kurze( Geschichte( der( Bionik( und 4( Bionische( Erfindungen nähererläuternwerdeeinlebenohneflugzeugeundschiffe, ohnereiss&undklettverschluss,sowieohnehochhäuseristfürunsundenkbarfürall diese Erfindungen diente die Natur als Vorbild Wie bereits angetönt ist das ThemengebietderBionikgenausounerschöpflichundriesigwiedieVielfaltderNatur Entsprechend der grossen Vielfalt an Funktionen, Strukturen und Abläufen hat die Bionik auch ein breites Anwendungsgebiet Das Interesse ist nicht nur bei naturwissenschaftlichen Forschern, Ingenieuren, Konstrukteuren, Architekten und Designern vorhanden, sondern auch im Management, Marketing, der Organisations& entwicklungsowieinderkommunikationsforschung MiteinemLebensstilgegendieNatur,anstattmitihr,schaffenwirunsProblemeWoder MenschdieNaturausderBalancewirft,sinddieFolgenkeineswegsvorteilhaftfüruns 1 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S5 2 wwwwikidepiaorg/wiki/artenvielfalt 3 NaturundMuseum136(Heft5/6,2&Millionen&Grenzeerreicht,S131&134 4 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S2 4

6 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Die Vertiefung in bionische Gedanken ist eine Möglichkeit, die Natur besser zu verstehen,ihreabläufekennenzulernenunddiesezurespektierendennnurwasman kennt,kannmanartgerechtbehandeln DieBionikistheutenochnichtsehrbekanntDieBekanntmachungdieserWissenschaft undihrbeitragzuunzähligenproblemlösungenistsehrwichtigerfolgversprechendist die Bionik, wenn interdisziplinär gearbeitet wird, dh wenn Forschungsteams und Wirtschaftsvertreter zusammen eine Fragestellung behandeln und gemeinsam eine Lösung suchen Eine ganzheitliche Betrachtung ist erforderlich, um aus dem enormen Potential die passende Umsetzung zu finden Durch die Globalisierung wird der Innovationsdruckverstärkt,daimmermehrundschnellererfundenwirdSokommtes gelegen,dassdiebionikbereitsinnovativeinspirationenliefert Einbedeutender Begriff der Bionik ist die Multifunktionalität Das Abwägen zwischen Generalisieren und Spezialisieren ist äusserst wichtig In der Natur können zu spezialisierte Errungenschaften bei Änderung der Umwelt zum Tod der Art führen Hingegen können Generalisten von den Spezialisten verdrängt werden, hier sind Kompromisse gefragt 5 Weiter ist die Selbstorganisation, sowie die Selbstregeneration eingrosserpluspunktdernaturauchnutztdienaturgratisumweltenergienwiesolar&, Wind&,Wasser&undGravitationsenergieKönnendieseAspektemittelsderBionikindie Technikumgesetztwerden,hatdieTechnikeinenenormenSchrittnachvornegemacht ErfolgbedeutetinderNatur,lebenstüchtigerzuseinalsdieKonkurrenz,seineGenein möglichst grosser Zahl weiter zu geben, sich in verschiedenen Lebensräumen und mit verschiedenenlebensbedingungenzurechtzufindenunddiesezubesiedeln MotivationOftwerdeichgefragt,wiesoichmichfürBionikinteressiere,wasdasgenau sei und was daran so spannend ist Aus meiner Sicht ist die Bionik eine geniale und vielfältigeproblemlöserinichliebedienaturundbinfasziniertvondergrossenvielfalt und feinen Ausdifferenzierung ihres Angebots & und dies seit ich klein bin Ich fragte mich oft, warum eine Pflanze oder ein Tier genau so aussieht und nicht anders Gut erinnern kann ich mich noch daran, als mein Bruder und ich als Kinder Ahornsamen gesammelthattenunddieseindieluftwarfenweresauchschonprobierthatweiss, dasssiesichwieeinpropellerschnelldrehenundsoganzlangsamundsanftzuboden gleiten Die Frage warum es sich dreht und wozu er fliegt stellte ich mir damals noch nichtdoch seit einiger Zeit beschäftigt mich das Warum sehr und dies weit über die propellerndenahornsamenhinauswiesindalldiewunderdernaturnurmöglich? In meiner Maturarbeit möchte ich ein noch weitgehend unerforschtes Teilgebiet der Bionikerforschen Ich versuche herauszufinden, wie Gliederfüssler (Arthropoden mit schnellen hydraulischen Volumenvergrösserungen umgehen können, wie sie sich mit ihrem starren Chitinpanzer bewegen und welche Mechanismen sie als Lösung entwickelt haben Weiter interessiert mich, wie man diese Vorbilder der Arthropoden für unseren Gebrauch nutzen könnte und wo die Grenzen der Umsetzung liegen GleichzeitigmöchteichmitdenBeispielenAnderemotivieren,sichindieseWunderwelt zubegeben,umpraktischemöglichkeitenzuentdeckenundsichinspirierenzulassen Das Tierreich der Arthropoden ist ein gutes Beispiel für all die von der Natur geschaffenenerrungenschaften 5 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S5 5

7 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik GeschichteundDefinitionderBionik EsfolgteinkurzergeschichtlicherAbrissamBeispielherausragenderPersönlichkeiten (31, die Definition und Arbeitsweise der Bionik(32, sowie die Darstellung der zehn Grundprinzipien,gemässwelchenAnwendungenfürdenMenschenentwickeltwerden (33 31 KurzeGeschichtederBionik Der Anfang der bionischen Betrachtungsweise stammt wohl von Heraklit, einem griechischenphilosophenerbehauptete, dassdermenschschöpferischgestaltenkann, indemerhinhörtaufdienatur 6 Weiter ging es im Jahre 1500 als das Universalgenie Leonardo( da( Vinci ua diverse Flugobjekte(analysierte,welcheerinderNaturentdeckteErerstellteunzähligeStudien und fertigte Unmengen von Skizzen, Zeichnungen und Schriften an (Werk Codice( sul( volo(degli(uccelli,(florenz( SountersuchteLeonardodieAnatomiederVogel&und FledermausflügelundderenFlugverhalten(Abb1,sowiedieFlugsamenverschiedener Pflanzen Zuerst war es mehr eine Kopie der biologischen Vorbilder, doch entstanden später die ersten Skizzen und Pläne für Flugflügel, Schlagflügelapparate sowie Fallschirme 8 Einige Flugobjekte baute und testete er gleich selbst, die Flugversuche scheiterten jedoch (Abb 5 9 Schnell lässt sich erkennen, dass Leonardo die Natur als VorbilddienteKeinWunder,dasserheutealshistorischerGründervaterderBionikgilt Auf den zwei folgenden Bilderreihen ist die Entwicklung von Flugzeugen und HelikopternaufgrundSkizzenvonLeonardodaVincidargestellt Abb1SkizzendesVogelfluges Abb2AnalysederTragfähigkeit dervogelflügel Abb3Flugzeug Abb4Windungendes Schneckenklees Abb5SkizzeeinesFlugapparates Abb6Lasthelikoptermit doppeltemrotor 6 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S71 7 http//dewikipediaorg/wiki/kodex_über_den_vogelflug 8 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S69 9 http//dewikipediaorg/wiki/kodex_über_den_vogelflug 6

8 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb7FlugsamendesWiesenbockX bartsundfallschirm Etwa 100 Jahre später stellte Borelli weitere Modellexperimente zum Flugverhalten von Vögeln dar 10 Ende des 18 Jahrhunderts entwickelte Sir( G( Cayley nach dem Vorbild der Flugsamen des Wiesenbockbarts einen Fallschirm mit einem tief& gelegenenschwerpunkt(abb7somitisterdererste, welcher eine biologische Struktur erfasste und durch Weiterentwicklung und Kreativität zu einem erfolgversprechenden Produkt umsetzten konnte 11,12 Das Interesse an bionischem Wissen über Flugkörper war vor allem im und nach dem Ersten Weltkrieg enormgross In den Anfängen waren die Pioniere so stark beeindruckt von der Natur, dass sie das Vorbild kopierten Josef( Paxton,einweitererPionierderBionik,studiertedieradiale Verrippung der Blätter der Riesenseerose (Victoria(regia und konstruierte, basierend aufdiesenverstrebungen,denlondonerkristallpalast 13 ErstimletztenJahrhundertverstanddieForschungihreArbeitnebendemBeobachten und Verstehen vor allem im anschliessenden Abstrahieren So wird beispielsweise die Konstruktion der sechseckigen Bienenwabe nicht nur in der Architektur umgesetzt, sondernfürdieherstellungvonziegeln,waschtrommelnoderautopneusübernommen 32 DefinitionundArbeitsweisederBionik John( E( Steele, ein amerikanischer Major, verwendete das Wort bionics, als Wortspiel zwischenbiologyundtechnics,erstmalsendedersechzigerjahre 14 Damitkommtdas WesentlichezumAusdruckDieBionikholtsichIdeenundAnregungenausderBiologie undsetztsieindertechnikumdhsiebeschäftigtsichindergrundlagenforschungmit dendurchdieevolutionoptimiertenstrukturen,verfahrenundkonstruktionen,erfasst danachderenentwicklungsprinzipienundwandeltdieseerrungenschafteninnovativin technische Anwendungen der angewandten Forschung um (Abb 8 Auch wenn der BegriffBioniknochjungundunbekanntist,sosindvereinzelteAnwendungenschonseit Jahrhunderten bekannt Aus heutiger Sicht der Bionik sollte die Natur keinesfalls nur kopiertwerden Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S13 11 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S14 12 http//wwwbionikzentrumde/page_druckasp?nava=bionik&navb=geschichte&navi D=3&editable=1 13 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S69 14 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S7 15 http//dewikipediaorg/wiki/bionik 7

9 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb8ArbeitsweisederBionikamBeispieldesKlettXVerschlusses DerrenommierteProf(emerit(Dr(rer(nat(Werner(NachtigallistGründerderGesellschaft( für(technische(biologie(und(bionik und des Studienprogramms Technische(Biologie(und( Bionik, Autor von ca 300 Originalpublikationen und über 30 Büchern sowie Träger diverser Preise und weltweit einer der bedeutendsten Promotoren der Bionik Ihm gelangeseinerseitsdasbionischewissenindiegesellschaftzubringen,andererseitsdie Bionik als interdisziplinäre Wissenschaft zu etablieren Ziel ist es, die verschiedenen Disziplinen zusammen zu bringen, dadurch voneinander zu lernen und gemeinsam sinnvolle Lösungen zu finden 16,17,18 Dank dem Engagement von Prof Nachtigall kann BionikheutevainDeutschlandunddenUSAstudiertwerden DieBionikumfasstnachW(Nachtigall(dreiGrunddisziplinenKonstruktionsbionik(zB Materialbionik, Verfahrensbionik (zb Baubionik und Entwicklungsbionik (zb Organisationsbionik BionikinBeispielen,WernerNachtigall,Autoren 17 http//dewikipediaorg/wiki/werner_nachtigall 18 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S9 19 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S11 8

10 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik ZehnGrundprinzipienderBionik AngepasstanmeineMaturarbeitfolgenausdemBuchvonWerner(Nachtigall Bionik LernenvonderNatur diezehngrundprinzipienderbionik(s IntegriertestattadditiveKonstruktion Das Exoskelett des Abdomens der gewählten Arthropoden besteht nicht aus verschiedeneneinzelnenabgegrenztenteilen,sondernagiertalseinzusammen& hängendessystemauchdergrundstoffdesbaumaterialsistimmergleich 2 OptimierungdesGanzenstattMaximierungeinesEinzelelements Durch das Ausdehnen des Abdomens erhalten die Arthropoden einerseits mehr Platz, andererseits verlieren sie ihren Schutz Es macht keinen Sinn, einzelne Teile zu maximieren, sondern das funktionierende System der Dehnbarkeit des Abdomens muss in den übergeordneten Zusammenhängen funktionieren, auch wenneinzelneteilenichtperfektsindesmachtkeinensinneinenübermässigen Aussenpanzermitzutragen,uminallenFällengeschütztzusein 3 MultifunktionalitätstattMonofunktionalität In der Natur haben die meisten Elemente eine Vielzahl von Aufgaben, dies im Gegensatz zur Technik So ist zum Beispiel das Chitin der Arthropoden leicht, äusserst stabil und schwer zerstörbar Je nach Funktion kann es in elastischer oder ausgehärteter Form auftreten Dieser multifunktionale Baustoff stabilisiert als Exoskelett den Körper, schützt vor Umwelteinflüssen, lässt den überlebenswichtigen Wasserdampf austreten und verhindert gleichzeitig das EintretenvoninfektiösenWassertropfen 4 FeinabstimmunggegenüberderUmwelt DieLebewesensindpassendanihreUmweltabgestimmt,soauchdiegewählten Arthropoden Mit dem segmentierten Hinterleib haben sie sich optimal an die gegebenenbedingungenangepasstzurverdeutlichungistderhinterleibstachel derweiblichenwüstenheuschreckenzuerwähnen,mitwelchemsieihreeiertief indenfeuchtensandlegen 5 EnergieeinsparenstattEnergieverschleuderung AlleOrganismenbesitzeneinenbestimmtenEnergievorrat,mitwelchemsieeine bestimmte Leistung in bestimmter Zeit erbringen So trägt die Termitenkönigin inihremausgedehntenabdomendieeierundwirdnurwährenddieserzeitvon Arbeiterinnen mit Nahrung versorgt, so dass sie ihre gesamt Energie für die Eierproduktion aufwenden kann Nachdem sie die Eier gelegt hat, faltet sie das AbdomenzusammenundmusssichdieNahrungwiederselbersuchen 6 DirekteundindirekteNutzungerneuerbarerEnergien Die beinahe unbegrenzt zur Verfügung stehende Sonnenenergie sollte wenn immer möglich genutzt werden Arthropoden nutzen diese als Energielieferant, indirekt über das Nahrungsmittel (Photosynthese und zur Fortbewegung (zb WindAuchdieHydraulikstellteineerneuerbareEnergiequelledar 9

11 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik ZeitlicheLimitierungstattübermässigeHaltbarkeit FürLanglebigkeitwirdheutzutageMaterial&,Energie&undZeitverschleissinKauf genommen Eine übermässige Haltbarkeit resp Langlebigkeit steht im Kontrast zur Innovation und Weiterentwicklung Da sowohl die Natur als auch die Gesellschaft sich immer weiterentwickeln, ist das Bestreben der Langlebigkeit garnichtnotwendigdiearthropodenhabenkeinbedürfnisfürdieewigkeitzu BestehenoderetwaszuHinterlassenausserihrenNachkommen 8 TotaleRezyklierungstattAbfallanhäufung DieNaturproduziertkeinenAbfall!DasistwohldaswichtigstederGesetzteund der Grund, weshalb die Natur uns überdauern wird Alles was die Arthropoden benötigen, nehmen sie von der Natur (Wachstum, Entwicklung und Fortpflanzung und geben es nach dem Tod wieder zurück (Destruktion So schliesstsichderkreislaufundendproduktistwiederanfangsprodukt 9 VernetzungstattLinearität Die Natur kann nur durch ihre unglaublich komplexe Vernetzung bestehen So sind die staatenbildenden Termiten und Ameisen in ihrem Bau perfekt organisiert(staatengesellschaftimökosystemisteinedarüberhinausgehende Vernetzung zwischen verschiedenen Arten innerhalb von Nahrungsketten und SymbiosengegebenBereitsFrederic(VesterhatdieseVernetzunginseinemBuch DerWerteinesVogels einfachveranschaulicht(kösel&verlag, EntwicklungimVersuchsXIrrtumsXProzess Für die Bionik ist es wesentlich, die Evolutionsschritte und deren Methoden zu untersuchen (Evolutionsstrategien und nicht nur das aktuelle Produkt zu betrachten 10

12 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik BionischeErfindungenFliegenwieVögel,schwimmenwie Fische,bauenwieInsekten ImfolgendenAbschnittwerdenausgewählteBeispielederBionikmitihremnatürlichen VorbildsowiedertechnischenUmsetzungbeschrieben 41 Rauistschnelleralsglatt Haifischhaut Leonardo( da( Vinci( beobachtete auch die Meereswelt und konstruierte nach Forellengestalteinenströmungsgünstigen,spindelförmigenSchiffskörper 20 Weiter musste der Wasserwiderstand der englischen Galeonen um 1576 verringert werden Eswurden schnellere, stabilereundwendigereschiffebasierendaufstudien der Strömungsanpassung von Meeresfischen konstruiert Diese Naturbeobachtungen warenwichtigfürdieenglischevorherrschaftaufhohersee 21,22,23,24 Lange war man der Überzeugung, dass eine glatte Oberfläche den geringsten Widerstand aufweist Aufgrund von meeresbiologischen Untersuchungen der Haifischhaut konnte man dies widerlegen und bemerkte, dass die Natur eine bessere Lösung hat Die Haut besteht aus vielen winzigen, übereinanderliegenden, speziell gerillten Schuppen, welche viel aquadynamischer ist als eine glatte Oberfläche AnwendungdieserSchuppenhautfindetmanbeimSchiffsbug,wodurchdieSchiffeviel effizienterundumweltfreundlicherfahrenimtestkonnteeinetreibstoffreduktionvon 5% nachgewiesen werden Ein weiterer positiver Effekt besteht darin, dass die Algen und Seepocken sich auf dieser strukturierten Bugoberfläche nicht mehr anhaften können,wasweiterzueinerwiderstandsverringerungführt 25 DieseHaifischhautfolien resp&lackelassensichauchbeiflugzeugenundwindrädernanwenden 26,27 DieFedern dervögelundschuppenderschmetterlingehabendiegleicheneffekte Abb9HaifischhautalsbionischesVorbild mitverbessertemströmungsverlauf Abb10SchiffslackderFirmaVOSSCHEMIEnach derhautstrukturdeshaifisches 20 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S57 21 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S16 22 http//wwwmhsoxacuk/staff/saj/thesis/bakerhtm 23 http//elibuni&stuttgartde/opus/volltexte/2008/3614/pdf/080728_disse2_a5pdf 24 http//wwwbionikzentrumde/page_druckasp?nava=bionik&navb=geschichte&navi D=3&editable=1 25 http//wwwbionikzentrumde/defaultasp?nava=newsdetail&main=news&newsid= http//wwwfocusde/digital/computer/chip&exklusiv/tid&10233/bionik&von& haifischhaut&inspiriertes&hightech_aid_306681html 27 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S63&65 11

13 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Immerperfektsauberundselbstreinigend Lotuseffekt Im Buddhismus gilt die Lotuspflanze (Nelumbo( nucifera( Indische Lotusblume als Symbol der Reinheit Nelumbo( wächst im Sumpf, ihre Blätter reinigen sich unter geringem Wassereinfluss von selbst und sind deshalb immer sauber Barthlott und Neinhuis konnten 1997 eine spezielle Oberflächenstruktur erkennen(abb 11, welche denschmutzabweistdiesemikrostruktur,welchedieoberflächebedeckt,bestehtaus ca 15 µm grossen Noppen aus Wachskristalloiden Diese bewirken, dass der Wassertropfen die Schmutzpartikel aufnimmt und abtransportiert Wenn die AdhäsionskräftedesWassertropfensstärkersindalsdieHaftunganderBlattoberfläche, dann reinigt sich diese von selbst Bei einem glatten Untergrund rollt hingegen der Wassertropfen über die Partikel, die Oberfläche bleibt schmutzig(abb 13 Die Firma StoentwickelteeineFassadenfarbenamensLotusan,welcheselbstreinigendist 28,29,30,31 Abb11NoppenstrukturderLotusblätter Abb13LinksLotuseffekt,rechtsnormaleOberfläche Abb12Lotusan,dieselbstreinigende Fassadenfarbe 28 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S30&33 29 http//wwwlotusande/de/produkte&mit&lotus&effect/produkte&mit&lotus& effect/produkte&lotus&effekthtm 30 http//wwwbionik&onlinede/wp&content/uploads/2012/05/lotus_01_info1pdf 31 NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S159 12

14 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Festverzahnt Klettverschluss DerweltweiterfolgreichsteVerschlusshatseinenUrsprunginderNaturDerSchweizer Georges(de(MestralgingmitseinemHundaufdieJagdundärgertesichüberdielästigen Kletten, die sich immer in seinen Hosen und im Hundefell tief verhakten Er wunderte sichüberdiesekraftundschautesichdieklettenunterdemmikroskopanerentdeckte tausendekleinerhäkchenalsingenieurunderfindererkannteerdaspotenzialdieses genialenverschlusssystemsundpatentierte1951dasprodukt(velcro (franzvelour/ Bastundcrochet/HakenEsbestehtauszweiBändern,einemelastischenHaken&und einemschlingenband,genaunachdemvorbilddernatur 32,33 DieeinfacheHandhabung und Montage, die geringen Materialkosten, die schnelle, einfache, nachhaltige und günstige Produktion, das breite Einsatzgebiet, das robuste und zuverlässige System machendenverschlusszueinemderbekanntestenbionik&produkte 34,35,36 Abb14KlettenhaftenanGewebe Abb15Velcro (mitdemhakenxundschlingenband 32 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S21&22 33 http//blogalumniuni&oldenburgde/?p= http//wwwvelcrode 35 http//wwwvelcrode/indexphp?id=14 36 http//wwwbionikzentrumde/page_druckasp?nava=bionik&navb=geschichte&navi D=3&editable=1 13

15 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik StehtaufjedemTisch Salzstreuer Der Münchner Biologe R( H( Francés überlegte, wie er seine Kleinstlebewesen für Versuchszwecke völlig gleichmässig aussträuen könnte, alle vorhandenen Methoden versagtendaentdeckteerindernatureinelösungfürseinproblem,diemohnkapsel Diese besitzt unter dem Kapselrand eine Vielzahl von Öffnungen, welche für eine gleichmässige Aussaht der Tiere bestens geeignet sind So konnte Francés einerseits seine Aussaat machen und entwickelte diese Idee zum Streuer für Haushalt und medizinischezwecke weiter,welchenerimjahr1920patentierenliessdersalzstreuer wurdenochverändert,sodassdielöcheraufderoberseitesind,waseineeinfachere undsaubererehandhabungermöglicht 37,38 Abb16ReifeMohnkapsel Abb17Salzstreuerfüreinegleichmässige Dosierung 37 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S19&20 38 http//blogalumniuni&oldenburgde/?p=

16 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik NachVorbilderndesKofferfischs Bioniccar Mercedes&Benz war auf der Suche nach einer Idealform für ein aerodynamisches und somit treibstoffarmes Auto In Zusammenarbeit mit der Universität Saarbrücken wurden Tiere mit möglichst geringem Luft& resp Wasserwiderstand gesucht Neben PinguinenundSchwalbenwurdederKofferfisch(Ostraciidae alsvorbildgetestetder Kofferfisch generierte extrem niedrige cw&werte (Strömungswiderstandskoeffizient von 019 und bot dadurch die besten Voraussetzungen für ein geräumiges, treibstoffsparendesundkomfortablesautosowurdederbionic(carinzusammenarbeit voningenieurenundnaturwissenschaftlernentwickelt 39,40,41 Abb 18 Voluminöser Kofferfisch als aquax dynamischesvorbildfürautomobilindustrie Abb19Bionic(carvonMercedesXBenzleichtund energieeffizient 39 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S33&36 40 http//dewikipediaorg/wiki/mercedes&benz_bionic_car 41 http//wwwdaimlercom/dccom/0&5& &1& &1&0&0& &0&0&135& 0&0&0&0&0&0&0&0html 15

17 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik KünstlicheFotosyntheseXGrätzelzelle EinbisjetztnochungelöstesbionischesProblemistdiekünstlicheFotosyntheseTrotz dereinfachensummengleichungistesbishernochniemandemgelungendiekomplexen VorgängeeinesphotosynthtischaktivenBlattsnachzubauen 42 DerETH&ForscherProf(Michael(GrätzelentwickeltebereitsindenneunzigerJahreneine Farbstoffsolarzelle,welchefürdieUmwandlungvonLichtenergieinelektrischeEnergie nicht ein Halbleitermaterial braucht,sonderneinenorganischenfarbstoffdazusetzte er ua Chlorophyll ein, so dass sein Vorgang als technische Fotosynthese bezeichnet werdenkanndieinspirationfürseinepatentierunghatteerausdernatur,undobwohl die Funktionsweise noch immer nicht in allen Details geklärt ist, funktioniert sie Er arbeitet mit seinem Team immer noch an der Optimierung seiner Solarzelle, die mit einem Wirkungsgrad von 123% als sehr gut zu bezeichnen ist Dabei gilt es die Langzeitstabilität seines Elektrolyten zu gewährleisten Diese bionische Erfindung hat nicht nur niedrige Herstellungskosten, sondern ist auch mit geringen Umwelt& belastungenbeiderherstellungverbunden 43,44 Abb20Fotosynthese DieSonneliefertEnergiefür diepflanzen Abb21GrätzelzellenbeimSwissConventionCenter derepflinlausanne 42 Bionik LernenvonderNatur,WernerNachtigall,S38&40 43 http//dewikipediaorg/wiki/grätzel&zelle 44 http//wwwweltderphysikde/detektor/physik&pur/die&graetzelzelle&eine&solarzelle& fuer&die&zukunft/ 16

18 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik TheoriezurpraktischenArbeit 51 Arthropoden DieheimlichenHerrscherderErde 511 KurzeEinführung SystematikArthropoden(Arthropoda,griecharthron Gelenk,pous,genpodos Fuss ist die wissenschaftliche Bezeichnung der Gliederfüssler Wie der Name sagt, sind die Füsse und der Körper gegliedert Sie bilden den arten& undindividuenreichsten,sowie erfolgreichstenstammimtierreich(abb22laiennennensieoftnurinsekten,doch diesebildennureinetaxonomischuntergeordneteklasseimvielfältigentierstammder Gliederfüssler Heute noch lebende Arthropoden werden meist in vier grosse Klassen eingeteilt Spinnentiere (Chelicerata, Tausendfüssler (Myriapoda, Krustentiere (Crustacea und die Insekten (Insecta Letztere bilden die arten& und individuenreichste Klasse der Gliederfüssler 45 DieEinteilungistjedochumstrittenundvariiertstarknachAutor,Jahr undpublikation 46 DieGründesindderenormeReichtumderrezentenIndividuen,der bereitsausgestorbenenartensowiederständigneuentdecktentiereinderfolgenden GraphikistdieenormeVielfaltderArthropodengutersichtlich Abb2287%derrezentenTierartengehörenzudenArthropoden Evolution Die ältesten Funde von Gliederfüsslern zeugen von einem Leben seit dem frühstenkambrium(vor540millionenjahrenwissenschaftlergehendavonaus,dass sie vor rund 570 Millionen Jahren aus segmentierten Würmern (Vergleich heutiger RingelwurmentstandensindAlskleinerVergleich,dieerstenMenschenentwickelten sich vor etwa 1 Million Jahren 47,48 In der Evolutionsgeschichte entwickelte sich ein harter Panzer um die Tiere, welcher ihnen Schutz bietet, ähnlich wie bei Häuschenschnecken Die Urahnen der Arthropoden segmentierten sich in drei AbschnitteKopf,Thorax,Abdomen 45 VergleichendeStudienzurGliedmassenentwicklungbeiArthropoden,NPrpic,S9 46 http//wwwsenckenbergde/root/indexphp?page_id= UraniaTierreichInsekten,KGünthert,S14 48 http//dewikipediaorg/wiki/gliederfüßer 17

19 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 ArtenreichtumGeschätzte87%allerLebewesensindArthropoden,heutesindüber1 MillionArthropodenartenbeschriebenAlleinedieKlassederInsektenmachtbereits¾ derrezentenartenaus!nachwikipediakommennochmals10'000weiteresechsfüssler (Hexopoda, über 100'000 Spinnentiere, 16'000 Tausendfüssler und 50'000 KrustentieredazuDieForscherglauben,dassbishererstdieHälfteallerArtenentdeckt wurde 49,50 Schätzungen besagen, dass es weltweit mehr als 2 Millionen Insektenarten gibtundsiesomitdiegrösstetierklassebilden 51 Verbreitung Die Gliederfüssler bewohnen beinahe die gesamte Erde Ihr enormes Anpassungsvermögenerlaubtesihnen,allebelebtenBereichezubesiedelnSiesindin deratmosphäre,aufdererdeundimwasser(salz&undsüsswasservertreten,sowiein allenklimazonenandenkaltenpolen,indertiefsee,indentrockenstenwüstensind siezufinden 52 SelbstnachverheerendenKatastropensindsiedieErsten,diewiedervor OrtsindEinigeVertreterderGliederfüsslerwohnenauchanunsvertrautenOrten,wie in unseren Häusern, Betten oder manchmal sogar auf uns selbst als Parasiten, wo sie nichtgerngesehenwerdensierichtenauchimmerwiederriesigeschädenanundsind fürplagenundseuchenverantwortlich ErfolgsrezeptEinGrundfürdieüberwältigendeVielzahlvonArtenundIndividuender Arthropoden ist die extreme Fruchtbarkeit Weibliche Arthropoden können pro Tag mehrere 100 bis Eier legen Die Rekordhalter sind wahrscheinlich die afrikanischentermitenköniginnen(macrotermitinae,welchetäglichbiszu15'000eier legen! 53,54 Ein weiterer wichtiger Aspekt für ihren Erfolg ist ihre Anpassungsfähigkeit Arthropodensindwieerwähntüberallzufinden Schädling und Nutztier Arthropoden können uns als Schädlinge begegnen Tropenkrankheiten, die über Mücken übertragen werden, oder Zecken, welche in unseren Wälden leben, sind gefährlich Weiter wird jährlich etwa 20% der NahrungsmitteldurchschädlicheArthropodenvernichtetTrotzdemisteineWeltohne Gliederfüsslerundenkbar Sie produzieren für uns Honig, Seide, Wachs und werden in der Bio&, Pharmakologie, ChemieundGentechnikalsVersuchstiereverwendet WeiterleistensieunbezahlbareArbeitSielockerndenBoden,bildenHumus,sindeine wichtigenahrungsquelle,entgiftenkontraminiertegebieteundhelfenbeimenergiefluss sowiestoffkreislaufdernatur(destruenten WissenschaftBisEndedes16JahrhunderswusstemanwenigüberdieGliederfüssler ErstmitderErfindungdesMikroskopsimJahre1590konntendieoftsehrkleinenTiere bestauntwerdenseitherwirdunaufhörlichgeforschtundneueerkenntnisseerweitern daswissenderwunderweltderarthropoden 49 KosmosInsektenführer,JZahradnik,S12 50 InsektenMitteleuropas,MChinery,S13 51 GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S1 52 KosmosInsektenführer,JZahradnik,S19 53 GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S2 54 DieAmeisenBiologieundVerhalten,WalterKirchner 18

20 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik BiologieundAnatomie Bauplan Der Körper der Gliederfüssler ist, wie der Name sagt und in Abbildung 23 ersichtlichist,gegliedertinkopf(caput,brust(thoraxundhinterleib(abdomen 55 DerKopfistwichtigfürdieNahrungsaufnahme(Mund,dieOrientierung(Sinnesorgane Antennen, Komplexauge und die zentrale Steuerung (Nervensystem, Gehirn Am ThoraxsinddieFortbewegungsmittelangebrachtwieBeineoderFlügelDasAbdomen speichert und verarbeitet die Nahrung, umfasst die Geschlechtsorgane und beinhaltet dieatemorgane(tracheenvieleartenbesitzenspezialisiertekörperextremitätenwie spezielle Beine, Flügel oder Mundwerkzeuge, welche auf ihre Lebensbedingungen angepasst wurden Fast alle Arthropoden besitzen eine harte, panzerartige Haut, Aussen&oderExoskelettgenannt 56,57,58 Abb23BauplanderArthropodenamBeispieleinerHeuschrecke Dorsalplatten (Tergit Bauchplatten(Sternit Pleuritmembran Abb24VerallgemeinerterBauplandesAbdomensderArthropoden Aus Abbildung 24 ist der Aufbau des Abdomens mit den Dorsalplatten(Tergit, sowie den Bauchplatten(Sternit und der Pleuritmembran, welche für Bewegung wichtig ist, ersichtlich Alle steifen Platten werden Sklerite genannt, wobei die Seitenplatten (PleuritamAbdomenfehlenDieSkleritesindröhrenartigineinanderverschachtelt InsektenMitteleuropas,MChinery,S15 56 KosmosInsektenführer,JZahradnik,S6&12 57 DieInsekten HerrscherderWelt,KNonomichl,S10&12 58 http//deacademicru/dicnsf/dewiki/ TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S23 19

21 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik AufbaudesExoskeletts Alle Arthopoden besitzen ein Exoskelett (lat exo aussen und griech skeltos ausgetrockneter Körper, bestehend aus einer meist harten Cuticula Dieser Panzer bietetstabilität,stütze,hohedruck&undreissfestigkeit,schutzvormechanischenund physikalischen Umwelteinflüssen, sowie Chemikalien Weiter schützt er vor dem Austrocknen Die Tiere können ihren Wasser& und Gashaushalt durch Sekretion und TranspirationgutregulierenDieNachteilesindeineeingeschränkteBeweglichkeit,der grosse Energie&, Materialverbrauch, sowie die Gefahr von Brüchen Als Vergleich kann mansicheinemittelalterlicherüstungvorstellen 60,61 CuticulaDieCuticulaisteinechemischhöchstkomplexeStruktur,welcheentwederals Sklerit, oder als biegsam&zähe Membran vorkommt Diese Membran ist überall von Nutzen,wodiefestenPlattenbewegtwerdenmüssenGelenkmembraneverbindendie harten Sklerite des Gelenks, woduch das Gelenk seine Funktion ausführen kann Auch Volumenveränderungen sind dank dieser Membran möglich 62 Sinneshaare, Gelenkmembrane, Sehnen, die Innenauskleidung der Atemorgane (Tracheen und GeschlechtsorganebestehenebenfallsausCuticula 63 Aufbau Das Exoskelett von Arthropoden (Abb 25 besteht aus mehreren Schichten, welche komplex aufgebaut sind Die unterste Schicht besteht aus lebenden Zellen und wird Epidermis genannt Diese besteht aus einer einzelligen Schicht, deren Zellen verschiedenartig differenziert sind Danach folgt nach aussen die mehrschichtige Cuticula Diese ist das Ausscheidungsprodukt der Epidermiszellen und somit tot Sie wirdineineinnere,relativdickeprocuticula(endo&undexocuticulaundeineäussere, dünneepicuticulaunterteilt 64,65 Abb25AufbauderArthropodenXCuticula 60 http//dewikipediaorg/wiki/cuticula 61 https//wwwyoutubecom/watch?v=xyh5csdf7lo 62 GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S15&20 63 https//wwwyoutubecom/watch?v=nombsm8kkji 64 MaterialPropertiesofArthropodCuticlesTheArthropodialMembrane,Hepbure, HR,Chandler,HD 65 TheArthropoCuticle,NeilFHardley

22 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Procuticula Die Procuticula(10 µm&05 mm besteht grösstenteils aus Chitin, welches im Kapitel( 5131( Chitin beschrieben wird Weiter gibt es eine Vielzahl verschiedenster Proteine, welche ungegerbt wasserlöslich sind Durch die Gerbung werden die Proteine in das wasserunlösliche, harte, gelbbraune Sklerotin umgewandelt Mithilfe von Chinonbrücken werden die Sklerotinketten vernetzt Die äussere Exocuticula ist nach der Gerbung sklerotisiert, also hartundstarr(irreversibelsieistdiehärtesteschicht und deshalb für die Stabilität verantwortlich Die innereendocuticulaistmeistungegerbt,deshalbweich undelastisch Abb26Chinonbrückenverbinden Sklerotinketten Epicuticula Den Abschluss des Exoskeletts bildet die dünne Epicuticula (meist 01&3 µm, welche kein Chitin enthält Die Epicuticula verhindert das Austrocknen mittels einer Wachsschicht und bestimmt die Durchlässigkeit der gesamten Cuticula Diese dünne Epicuticula ist ebenfalls steif und somit mit der Exocuticula für die gesamte SteifheitdesSkelettsverantwortlich 66,67 Verbundmaterial Die Cuticula ist ein Verbundwerkstoff, also eine Kombination aus verschiedenen Stoffen Die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe, dem Wassergehalt, sowie der StärkederSklerotisierung,wirkensichaufdieHärte des Panzers aus So bestehtdieweichecuticulabespielsweiseausetwa60%chitinund40%sklerotinund die Harte aus ca 25% Chitin und 75% Sklerotin 68 Ist kein Sklerotin in der Cuticula vorhanden, ist die Struktur weich, flexibel und biegsam Gleichzeitig muss dieser Verbundstoff extrem leicht sein, um den vielfältigen Anforderungen der Arthropoden gerecht zu werden 69 Der Nachteil des Verbundstoffes ist, dass er nach einmaliger Sklerosierung die Form behält Somit müssen Tiere mitchitinpanzerdiesenperiodischabstossen,umzu wachsen Nach der Häutung pumpt sich das Tier durchhydraulikauf(skapitelhydraulik(523,in(der( Natur und die äusserste Schicht erhärtet zu einem neuen,grösserenpanzer 70,71 Des weitern ist die Strukturierung und die LagenschichtungdesChitinsäusserstwichtigfürdie Härte und Beweglichkeit des Exoskeletts Die Chitinmikrofasern sind leicht versetzt zu der darunterliegenden(abb27 72 Abb27StrukturierungdesChitins 66 Insekten DieheimlichenHerrscherderWelt,KHonomichl,S44 67 TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S16&21 68 Insekten DieheimlichenHerrscherderWelt,KHonomichl,S43 69 Designandmechanicalpropertiesofinsectcuticle,JVincent/UWegst 70 PneuundKnochenIL35UniversitätStuttgart,OttoFrei,S146& AufbauundMaterialeigenschaftenkutikulärerGelenkstrukturenbeiInsektenundihre funktionalebedeutung,dissmartinmüller, TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S8&9 21

23 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Beweglichkeit des AbdomensIndieserArbeitwirdderFokusaufdieBeweglichkeit desexoskelettsgelegtdiearthropodenhabeneinausgeklügeltessystem,umsichtrotz den steifen Skleriten bewegen zu können Das harte Exoskelett ist zum einen segmentiert und wird des weitern durch weiche, nicht sklerotisierte elastische Membranen (Abb 28 a,b, dehnbare Chitinschichten, speziellen Proteinbändern mit Resilin(Abb28coderVariationvonSchichtungendesChitinszusammengehalten 73,74 Je nach Beschaffenheit der Membran (weich, breit, schmal, straff, elastisch ist eine anderebewegungsfreiheitmöglich DiesemembranartigenZonenschützendasTiernichtoptimalDeshalbkommensienur dort vor, wo sie essentiell und gut versteckt sind, so dass die Angriffsfläche möglichst klein ist Während der Evolution entwickelte sich ein optimales Verhältnis zwischen SchutzundBeweglichkeit Damit das Abdomen vielfältig bewegt werden kann, befinden sich die Sklerite nur auf der Rücken& und Bauchseite und sind durch membranöse Zonen, Intersegmental& membran genannt, verbunden Um diese empfindlichen Membranen gut zu schützen, überlappensichdieskleritewiedachziegel(abb29unddiemembranensinddarunter eingefaltet 75,76 Ein essentieller Bestandteil des Exoskeletts ist das Integument (Abb 29 Es erfüllt gleichzeitig gegensätzliche Funktionen, wie zb Schutz vor äusseren Einflüssen, ÜbermittlungvonSinneseindrückenundwirdalsAtemorganbenutzt 77 Abb 28 a Modell von zwei Skleriten verbunden durchgestrecktemembran bskleriteverbundendurcheingefaltetemembran chochelastischemembranzwischenzweiskleriten dspezialisiertegelenkmembran Abb 29 Mikroskopischer Längsschnitt durch zwei Segmentplatten (Seg a,b verbunden mit Intersegmentalmembran (wv, R1, R2 sind Integumente ( 73 BiologyoftheArthropodCuticle,ACNeville,S2&5 74 Insekten DieheimlichenHerrscherderWelt,KHonomichl,S39&40 75 Insekten DieheimlichenHerrscherderWelt,KHonomichl,S40 76 GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S12&22 77 http//dewikipediaorg/wiki/integument_(zoologie 22

24 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Chitin Abb30StrukturformelChitin Chitin (griech chiton,hülle,,panzer dient der Strukturbildung Es ist wie Cellulose ein Polysaccharid, welches sich von diesem nur in der Acetamidgruppe unterscheidetdadiechitin&molekülelanggestrecktund in vielen Schichten angeordnet sind, ist der Stoff äusserstreissfest,jedochnichtstarrchitinbestehtnur ausdenvier Grundelementen der organischen Chemie Kohlen&,Sauer&,Stick&undWasserstoffDestotrotzistes der Baustein für so vielfältige Verwendungen, wie feinste Flügel& und Stechstrukturen, sowie die soliden Flügeldecken von Käfern 78, 79 Gemäss neuen Unter& suchungen bestehen zb Mundwerkzeuge von Spinnen aus verschiedenen Lagen von Chitin mit unterschie& dlichenfähigkeiten,sodassdurchdieseschichtungein äusserstrobusterverbundwerkstoffentsteht Resilin Im Jahre 1960 entdeckte Weis]Fogh( ein unbekanntes, natürliches Cuticulaprotein, das Resilin Resilin ist enorm elastisch und kann bis zu der dreifachen Länge gedehnt werden, ohne zu brechen Viele Gliederfüssler, speziell die Insekten, nutzen diese enormen Eigenschaften für ihre Beweglichkeit Das Resilin ist Bestandteil der Intersegmentalmembran 81,82,83,84,85 Weis]Fogh postulierte bereits damals, dass dieses ResilinalsAntagonistderMuskulaturzubetrachtenist http//dewikipediaorg/wiki/chitin 79 http//wwweuchisorg 80 http//wwwwissenschaftde/leben&umwelt/biologie/& /journal_content/56/12054/ /das&geheimnis&der&spinnenklauen/ 81 SolidBiomechanics,REnnos,S32&37 82 BiologyoftheArthropodCuticle,ACNeville,S GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S17&19 84 TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S19 85 http//dewikipediaorg/wiki/resilin 86 BiologyoftheArthropodCuticle,ACNeville,S17 23

25 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Muskulatur Abb31VerbindungExoskelettMuskulatur Aufbau und Funktion Das Exoskelett und die Muskulatur zusammen bilden den Bewegungs& apparat der Arthropoden Bereits in der Keimentwicklung entstehen die Vebindungen zwischen der Körperdecke und den Skelett& muskeln Diese bestehen aus quergestreiften Muskelfasern, welche zu Bündeln zusammen& gefasst sind Die Epidermiszellen des Exoskeletts (Abb 31, Epid verbinden sich mit dendarunterliegendenmuskeln(mukz,mukp WirdeinNervenreizandieMuskelnübertragen, bewegen diese die einzelnen Platten, folglich bewegtessich 87 Ansatzmöglichkeiten für die Muskulatur sind die Segmentinnenseiten oder deren Fortsätze,welchedurchHauteinstülpungenoder&verdickungenzustandekommenDie MuskelfasernhafteneherandensolidenPlattenalsandenintermembranenZonen 88 Abdomenmuskulatur Die steifen Sklerit& segmente von Rücken und Bauch werden durch unterschiedliche Muskeln verbunden Durch Muskelkontraktionund &relaxation kann sich der Körperdifferenziertbewegen DieArthropodenbesitzeneineenormeVielzahlan Muskeln, bei Heuschrecken wurden 320 Muskelpaare beschrieben, 51 am Kopf, 193 am Thorax und 177 am Abdomen Dies erlaubt ihnen schnelleundkomplexebewegungsabläufe 89 Abb32QuerschnittdesArthropodenabdomens Abb33LängsbewegungendesAbdomens Die Intersegmentalhäute werden durch die Muskulatur gestreckt und gedehnt, so dass eine Längsbewegung des Abdomens möglich ist Nebenanstehende Abbildung zeigt in a die BiegungdesAbdomensinLängsrichtung,inbdie Längsstreckung GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S13 88 TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S22&24 89 GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S39&52 90 TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S22 24

26 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Sensorik Sinnesorgane stellen die Verbindung zwischen dem Organismus und der Umwelt her Sie leiten Reize an die Nerven weiter, welche wiederum die Muskulatur kontrahieren undüberdiegelenkedemorganismusbewegungermöglichen Äusseres Sinnesorgan Man hat den Eindruck, dass Arthropoden durch den dicken Panzer wenig spüren Um Sinnenseindrücke wahrzunehmen, gibt es auf dem Körper Sinneshaare (Sensillen (Abb31UnterjedemHaaristeinDendrit (Abb34,welcherdenReizaufnimmtund weiterleitet, sobald das Haar sich bewegt (Mechanosensille Abb34LinksZweiunterschiedlicheTypenvon Mechanosensillen,RechtsFunktionsweise Oft sind die Sinneshaare an einen Muskel gekoppelt, um kontrolliertebewegungsvorgängedurchzuführendurchdie Bewegung der Sensillen wird der nebenanliegende Muskel inbewegunggesetzt(abb35 Dehnbare Rezeptoren, welche die Länge der Muskeln erkennen und Sensoren, welche die Belastung sowie den Druck auf die Muskeln abmessen, liefern aktuelle InformationenzurStellung 91 DergrobeMechanismusderSensorikisterforscht,imDetail sindabernochvielefragenungeklärt Abb35SensillenaufderInterX segmentalmembran Inneres Sinnesorgan Im Körperinnern haben die Arthropoden ein vernetztes Sinnesorgansystem Zwischen zwei benachbarten festen Platten befindet sich ein spezielles Sinnesorgan, welches analog zu den Sensillen Bewegungsveränderungen wahrnimmt Durch nach innen gerichtete Sinneshaare kontrolliert es laufend die Stellung der Sklerite und ergänzt damit die äussere Wahrnehmung der MechanosensillenDieReizewerdenandieMuskulaturweitergeleitet 92 Weitere Sinnesorgane Es ist erstaunlich, mit welchen weiteren hochspezialisierten Sinnesorganen die Arthropoden ausgestattet sind So nehmen sie über die Haare Duftstoffe wahr, orientieren sich mit komplexen Facettenaugen, können die Erdanziehungskraft,sowiedieDruck&undTemparaturunterschiedeauswerten AntennensindeinwichtigesSinnesorgan,welchezusätzlicheInformationenliefernzu Chemischen Reizen und Pheromonen, Wind& und Luftströmungen, Geschmack und Geruch,Feuchtigkeit,Gleichgewicht,sowieSchall 93,94,95 91 TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S84&85 92 Insekten DieheimlichenHerrscherderWelt,KHonomichl,S74 93 Insekten DieheimlichenHerrscherderWelt,KHonomichl,S68&71 25

27 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik BewegungsmechanismenderArthropoden Die gesamte Natur basiert auf Bewegungsabläufen Ohne Bewegung kann nichts existieren Es gibt unzählige Mechanismen, die der Bewegung dienen, welche grundsätzlich in aktive und passive eingeteilt werden Die folgende Hierarchie der Bewegungsmechanismen der Arthropoden ist nicht vollständig, gibt jedoch eine Übersicht BevoraufdieLeitfragerelevantenMechanismen(rotmarkiertimDiagramm1vertieft eingegangenwird,werdendieanderenfachbegriffeuntenkurzerklärt Bewegungsmechanism enderarthropoden aktiv passiv HautmuskelX schlauch Pneumatik MuskelX gruppen Muskelkraft+X Hydraulik Hydraulik Elastische Gelenkmembran Hydraulik KatapultX mechanismus KlickX mechanismus AntagonistischeMuskelgruppen +HydraulikalsHalteenergie Beugemuskel+ Hydraulik Elastische Gelenkmembran Diagramm1NachVorbildvonGundulaSchiebererweitertundangepasstdurcheigeneRecherchenund BeobachtungenRotmarkierteMechanismenbetreffendieFragestellungderMaturarbeit ErklärungenzuDiagramm1 Hautmuskelschlauch Ohne festes Exoskelett, nur mit Muskeln bewegt, zb BewegungenderRaupen,Maden,Larven PneumatikAnalogderHydraulik,alsÜbermittlungsstoffwirktGasstattFlüssigkeit 96 MuskelgruppenBeuger+Strecker,diemeistenGelenkewerdensobewegt Muskelkraft+XBeugerdurchMuskelkraft+StreckerdurchKraft&X ElastischeGelenkmembranRückstellkraftderelastischenGelenkmembran/Cuticula KatapultmechanismusBeugemuskel+Resilinpolster 94 TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S84&85 95 GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S PneuundKnochenIL35UniversitätStuttgart,OttoFrei,S14&18,20&28,40&47,50&66 26

28 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 KlickmechanismusBeugemuskel+Einrastfunktion(Schnappgelenk 521 AktiveBewegungsmechanismenderArthropoden Aktive Bewegungen werden mittels Sensorik erkannt (s Sensorik( 515, über das zentrale Nervensystem gesteuert und teilweise von den Muskeln ausgeführt Alle aktiven Bewegungen verbrauchen Energie, welche durch den Stoffwechsel erzeugt werdendiegrossevielfaltanaktivenbewegungsmechanismenderarthropodenzeugt vonderjeweiligenanpassungandieumweltaufgrunddieserspezialisierungsindsie noch wenig erforscht, was eine vollständige Auflistung der aktiven Bewegungsmechanismenunmöglichmacht 522 PassiveBewegungsmechanismenderArthropoden Unter passiven Bewegungsmechanismen versteht man Bewegungen, welche ohne eigenen Energieaufwand ablaufen und durch Umwelteinflüsse wie Temperatur, Wind und Konzentrationsunterschiede (Osmose beeinflusst werden Auch hier gibt es eine Vielzahl von Mechanismen, welche bis auf die Hydraulik durch Osmose für diese Maturarbeit nicht relevant sind Darum wurden für das Diagramm nur die aktiven BewegungsmechanismensowiediepassiveHydraulikgenauerrecherchiert 27

29 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik HydraulikalsBewegungsmechanismus In der Natur InderNaturistdieHydraulikweitvervbreitet,beinahealleLebewesen weisenhydraulischfunktionierendesystemeaufderturgordruckbeipflanzenblättern, weiche Organismen wie Schnecken und Würmer, Organe, Augen, Zellen, Adern und Blutgefässen oder Bakterien funktionieren alle mittels der Hydraulik Die Hydraulik kanntierenurvergrössern,streckenoderdehnenanderekräfte,wiemuskelkraftoder Spannungen, können das Individuum wieder in die natürliche Ausgangsposition zusammenziehen Im folgenden Diagramm sind nur die für die Hydraulik relevanten Mechanismenerwähntundrotmarkiert Bewegungsmechanismender Arthropoden aktiv passiv Muskelkraft+X Hydraulik Hydraulik Hydraulik irreversibel reversibel Osmose AntagonistischeMuskelgruppen +HydraulikalsHalteenergie Beugemuskel+ Hydraulik Elastische Gelenkmembran Diagramm2HydraulischeBewegungsmechanismenderArthropoden Im folgenden Abschnitt werden alle gefundenen hydraulischen Systeme der Arthropoden näher beschrieben und mit Tierbeispielen bildlich dargestellt Im praktischen Teil der Arbeit, Kapitel(7(Resultate, werden die untersuchten Arthropoden diesenbewegungsmechanismenzugeordnet 28

30 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 IrreversibleHydraulikWieimKapitel513(Aufbau(des(Exoskeletts,(Verbundwerkstoffe bereits beschrieben, müssen die Arthropoden sich häuten, um zu wachsen Nach der Häutung pumpen sie ihren Körper mit Luft oder Wasser voll und warten bis sich die äussersteschichtsklerotisierthatdieservorgangistirreversibel,dadastiermitjeder Häutung wächst Sehr gut zu sehen ist dies bei der Libelle (Abb 36, da sie im LarvenstadiumvielkleineristalsnachderHäutungalsfliegendeLibelle 97,98 DieSchmetterlingepumpennachdemSchlüpfenihrezerknittertenFlügelmitBlutvoll bisdiesedieendgültigegrösseerreichthaben,dannerhärtendieflügelundsindfürden Flugbereit(Abb37 99 Abb36LibellenachderHäutung Abb37SchmetterlingentfaltetFlügel Reversible Hydraulik Die reversiblen Bewegungen werden temporär durch hydraulischen Druck erzeugt und das Körpervolumen vergrössert sich beachtlich Es gibtvielegründe, warum die Tiere mehr Platz brauchen, um Nahrung zu speichern (Abb38,39,40oderEierzulagern(Abb41DiereversiblenhydraulischenSysteme zeichnen sich dadurch aus, dass sie wieder in ihre Ursprungsform zurückkehren können Abb38MückevollgesogenmitBlut Abb39LinksZeckevollgesogenmitBlut,RechtsZecke innormalgrösse 97 http//wwwlibellenwissende/wissen/dokumentation/libellenschlupf& metamorphose 98 http//dewikipediaorg/wiki/libellen 99 http//wwwactiasde/19826&schmetterlinge&züchten&in&der&schulehtml 29

31 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb 40 Arbeiterinnen der Honigtopfameise mitnahrung Abb42RaupeinBewegung Abb43Spinnenbeinegestreckt Abb41TermitenköniginmitBrut Antagonistische Muskelgruppen + HydrauX lik als Halteenergie Diesen Bewegungs& mechanismus gibt es bei den Arthropoden, aberdieseristnochwenigerforschtunterder hydraulischen Halteenergie versteht man, wenn die Hydraulik den Körper in einer bestimmten angespannten Form verharren lässtdiemuskelnsindjedochfürdiebeugung, sowie die Streckung zuständig, also für die gesamten Bewegungsabläufe Ein Beispiel dafür ist die Raupe (Abb 42, welche sich muskulär bewegt, jedoch durch den Innendruck ihre Steifigkeit erhält Vermutet wird,dasswürmerebenfallsdiehydraulikals Halteenergieverwenden 100 Beugemuskel+HydraulikDaMuskelnPlatz brauchen und schwer sind, gibt es Arthropoden, welche die Hydraulik in ihren Gelenkenverwenden,umPlatzundGewichtzu sparen Dabei wird der Streckmuskel durch Hydraulik ersetzt Gut zu sehen und später noch experimentell untersucht, ist das hydraulische System der Spinnenbeine (Abb Auch die Heuschrecken besitzen einen hydraulischenstrecker,wieinderbilderreihe (Abb44wunderbarersichtlichist http//dewikipediaorg/wiki/raupe_(schmetterling 101 http//wwwuni&jenade/&p&287633html 102 BiologyoftheArthropodCuticle,AnthonyNeville,S364&365 30

32 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 a b c d e g f Abb44(aXgEierlegendeHeuschrecke aabdomenistvollständiggestrecktdurchden hydraulischemdruckdesflüssigenschaums bxeheuschreckelegteierindaserdlochmitdem Schaumab,welchersichspätererhärtet,umdieEier vordemaustrocknenzubewahren der hydraulischedrucknimmtab 103 falleeiersindgelegt,dasabdomengehtwiederin dennormalzustandzurück gdaserdlochwirdverschlossenunddas Heuschreckenabdomenistwiedernormalgross http//netportalde/tiere/die&zucht&von&wanderheuschrecken/ 104 http//wwwdailymailcouk/sciencetech/article& /spectacular&images& reveal&locust&s&reproductive&organ&grows&twice&body&length&lay&100&eggs&deep& soilhtml 31

33 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Elastische Gelenkmembran Wie bereits mehrfach erwähnt ist die Membran der ArthropodenextremelastischundflexibelEinzelneTeiledesExoskelettssindzusätzlich leichtverformbardiesespotentialwirdteilweiseausgenutzt,umdierückstellkraftder elastischen Gelenkmembran und der Cuticula zu nutzen Elastische Membrane können durch beliebige Mechanismen gedehnt werden, interessant für diese Arbeit ist nur die durch Hydraulik gedehnte Gliederfüssler, welche die reversible Hydraulik verwenden, nutzen auch die elastische Rückstellkraft Voraussetzungen dafür sind Proteine wie Resilin oa, niedriger Sklerotisie& rungsanteil, jedoch ein hoher Wassergehalt und eine geeignete Strukturierung der Chitinfasern Die Cuticula kann ebenfalls durch ihren Schichtverbund Energie freisetzten, wie auf der Abbildung 45 zu sehen ist Abb45PotentialdesSchichtverbundsnachGundulaSchieber Passive Hydraulik, die Osmose Der einzige hydraulische Bewegungsmechanismus, welcher passiv abläuft, ist die Osmose Auch hier ist noch wenig erforscht Doch wird vermutet,dassdiecuticulajenachsklerotisierungsgradwasserosmotischaufnehmen kann,umsichsozudehnendiecuticulawirdauchweicher,jehöherihrwasseranteil istdaseinziggefundenebeispielmitosmotischerhydraulikistdiegarnele,welcheim praktischenteilnochgenaueruntersuchtwird Zusammenfassend kann festgehalten werden Damit Arthropoden leicht gebaut sind, müssen ihre Gelenke und Bewegungsmechanismen auf ein Minimum an Gewicht und Material reduziert werden Hydraulische Gelenke ermöglichen sowohl eine hohe BeweglichkeitalsaucheinemaximaleGewichtsreduktion»DieseBeobachtungen,someinendieForscher,könntenIngenieurenalsAusgangspunkt für die Entwicklung künstlicher, hydraulischer Systeme bieten "Die Natur hat bereits vielesolchersystemeexquisitangewendetwirmüssensienurnachahmen"sojan(m( Skotheim von der University of Cambridge und sein Kollege Lakshminarayanan( MahadevanderHarvardUniversity«105 ImpraktischenTeil,Kapitel(7(Resultate,werdendieseBewegungsmechanismenanhand einiger Arthropodenbeispiele genauer untersucht Dargestellt werden die Ergebnisse wiefolgtallgemeineinformationen,funktion,aktuatorik,sensorik,bewegungsfreiheit und&intervalleundderenzusammenhang 105 http//wwwspiegelde/wissenschaft/natur/gruene&hydraulik&forscher&entwickeln& bewegungslehre&fuer&pflanzen&a&357985html 32

34 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 In der TechnikDieHydraulik(griech,hydor'Wasser,,aulos (Rohrbeschäftigtsichin dertechnikmitdemströmungsverhaltenvonflüssigkeitenimjahre1795entwickelte Joseph( Bramah die erste hydromechanische Maschine, welche durch Druckwasser angetriebenwurdeernutztedashydrostatischegesetzvonblaise(pascal,welchesdie eingesetztekraftumdas2034&facheverstärkt Das PrinzipderHydraulikistsehr simpel (Abb 46 Wird der Pumpkolben (2 nach unten gedrückt, schliesst das Ventil 1 (4 und das Ventil 2 (5 öffnet, die Flüssigkeit (Hydrauliköl strömt in den Presszylinder Der Presskolben (3 hebt sich Mit einer kleinen Kraft F1 auf einen Kolben mit einer kleinen Querschnittsfläche A1, wird eine grossekraftf2aneinemkolbenmitgrosserquerschnittsflächea2hervorgerufen 106!! =!!!!!"#$%!! =!!!!!! Abb46HydraulischePresse Abb47HydraulischeHebebühne AmBeispielderHebebühne(Abb47wirdersichtlichwieeineLeistung&,Energie&oder KraftübertragungimAlltaggenutztwerdenkann Dieses einfache Prinzip der Krafvergrösserung ist für vielfälltige Anwendungen in der Technik geeignet Es kommen verschiedene Flüssigkeiten zum Einsatz, wobei sich Wasser als ein billiges, ungefährliches, stabiles und effizientes Material besonders eignet 106 http//dewikipediaorg/wiki/hydraulik 33

35 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik BeweglicheSysteme Hydraulik setzt voraus, dass Beweglichkeit vorhanden ist Bewegliche Systeme, technischverbindungstechnikgenannt,beschreibendiemethodedeszusammensetzens von Einzelteilen zu einer funktionierenden Einheit Grundsätzlich werden sie in untrennbare und trennbare eingeteilt In der Regel handelt es sich bei Tieren um untrennbare VerbindungenVerbindungen, die nur die Beweglichkeit zwischen zwei Teilenermöglichen,sindGelenke DiebeweglichenSystemederArthropodenwerdenineinerHierarchiedargetelltDaalle ArthropodennuruntrennbareGelenkebesitzen,wurdennurdieseweiterrecherchiert Die folgende Hierarchie der Arthropoden ist nicht vollständig, gibt jedoch eine ÜbersichtDiefürdieHydraulikrelevantenMechanismensindrotmarkiert beweglichesystemexverbindungstechnik untrennbare trennbare stoffschlüssige Gelenke formschlüssige Gelenke verteilte Nachgiebigkeit konzentrierte Nachgiebigkeit ausdehnen rollen biegen unbestimmt bestimmt dehnen, falten dehnen ScharnierX gelenk Diagramm3NachVorbildvonGundulaSchiebererweitertundangepasstdurcheigeneRecherchenund BeobachtungenRotmarkiertebeweglicheSystemebetreffendieFragestellungderMaturarbeit,Grafiken untersterzeilenach GrundrissderInsektenkunde,H(Weber(und(H(Weidner 34

36 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 ErklärungenzuDiagramm3 107 Stoffschlüssige Gelenke die Verbindungspartner werden durch atomare oder molekularekräftezusammengehalten Formschlüssige Gelenke mindestens zwei ineinandergreifende Verbindungspartner, zb Verfalzungs& und Sperrmechanismen bei Widerhacken der Arthropoden an den DeckflügelnoderBeinen 108 VerteilteNachgiebigkeitdieKraftwirdaufdasganzenachgiebigeVolumenverteilt Konzentrierte Nachgiebigkeit die Kraft wird nur auf einen Teil des nachgiebigen Volumensverteilt Im praktischen Teil der Arbeit, Kapitel( 7( Resultate, werden die untersuchten ArthropodendiesenbeweglichenSystemenzugeordnet 107 http//dewikipediaorg/wiki/verbindungstechnik 108 http//wwwuni& saarlandde/fak8/bi13wn/projekte/biomechanik/projects/dillingerhtm 35

37 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik MaterialundMethoden Grundsätzlich gibt es in der BionikfolgendezweiVorgehensweisen Entweder gibtes eine Idee des Endproduktes und es werden passende Vorbilder in der Natur gesucht, odereswirdeininteressantermechanismusindernaturentdeckt,welcheruntersucht undzueinemmarktfähigenproduktweiterentwickeltwird Für diese Arbeit wurde die zweite Arbeitsweise verwendet, indem ein Vorbild aus der Natur ausgewählt und genauer untersucht wurde, um mögliche technische Anwendungen zu skizzieren Dies entspricht den Schritten 1 Untersuchen, 2 Abstrahierenund3Umsetzten 1UntersuchenderwesentlichenStrukturenundihrerFunktioneninderNatur 2AbstrahierenderwesentlichenMerkmaleausPunkt1nachGesetzenderNatur 3UmsetztenderallgemeinenPrinzipienausPunkt2nachdenGesetzendesMarkts 61 Untersuchungsmaterial Im Folgenden werden diejenigen Arthropodenarten genannt, welche als Vorbilder in diesermaturarbeituntersuchtwurden & & & & & & EuropäischeWanderheuschrecke(Locusta(migratoria, weibliches Individuum aus dereigenzuchtfürtierfutterdeszoologischengartensbasel Wüstenheuschrecke (Schistocerca( gregaria, weibliches Individuum aus der ZoohandlungQualipetBasel,diesiefürTierfutterzüchten Nordseegarnele (Crangon( crangon, aus Elmas Fischhandel Stuttgart, Fang der Nordsee Heimchen(Acheta(domesticus,ausTierhandlunginStuttgart,geeignetalsTierfutter Erdfinsterspinne (Coelotes( terrestris, aus dem feuchtem Laubwald westlich von Botnang(Stuttgart,gefundenineinerErdhöhleuntereinerLaubschicht Gerandeter Saftkugler (Glomeris( marginata aus Uferzone des Rheins bei Ilanz, gefundenimtotholzundlaub 36

38 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Vorbereitung DerersteSchrittderMaturarbeitbestandinderErstellungeinesArbeitsplanes Waswurdegemacht? Wiewurdeesgemacht? SuchenachIdeen&Vorbilderninder Natur(hiernurArthropoden,Analyse undgrundlagenforschung Wasistinteressant?Wasistmachbar? Wasgibtesbereits,wasnochnicht? EinMechanismus/Prinzipwurde gefunden,beurteilung&auswahl AnalogienforschungForm&und FunktionsvergleichbeiArthropoden WelcheweiterenArthropodenbesitzen diesenmechanismus?gibtesverwandte Mechanismen?WiewirddasProblembei anderenarthropodengelöst? WiefunktioniertderMechanismus?Was istwesentlich?(s(kapitel(7,(resultate Ideenfindungzurtechnischen Umsetzung(nichtkopieren! WiekannderMechanismusinein marktfähigesproduktumgesetztwerden? WelcheMaterialienwerdengebraucht? Wasistfinanziell,materiellund umstandsbedingtmöglich? (hierendetmeinexperiment Umsetzung der Idee Bau und Konstruktion eines Prototyps mit gewähltemmechanismus OptimierungdesPrototypen EndproduktAnwendung,Vermarktung undevaluationbeidenanwendern 37 RecherchierenInternet,GoogleScholar, Bücher,LexikaundWissenschafts& magazineimbereichbiologie& Entomologie InBetreuungdurchGundulaSchieber RecherchierenInternet,GoogleScholar, Bücher,LexikaundWissenschafts& magazineimbereichbiologie& Entomologie FachspezifischeRecherchenimInternet, GoogleScholar,Bücher,Lexikaund WissenschaftsmagazineimBereich Biologie,Entomologie,Bionik Untersuchenmitwissenschaftlichen Geräten(diverseMikroskope FachspezifischeRecherchenimInternet, GoogleScholar,Bücher,Lexikaund WissenschaftsmagazineimBereich Technik,Architektur,Bionik Werkstatt,LabormitdiversenMitteln undutensilien TestundVersucheinklAuswertungder DatenundSchlussfolgerung Vorstellen, vermarkten und evaluieren desendproduktes

39 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 VorbereitendeRecherchenzuArthropoden,welcheeinhydraulischesSystembesitzen und somit für diese Maturarbeit relevant sind, wurden folgendermassen gemacht Computer mit Zugang zu Internet und Google Scholar(für wissenschaftliche Berichte und Papers, über die Bibliothek der Universität StuttgartundBasel mit Zugang zu wissenschaftlicher Literatur in den Bereichen Biologie, Entomologie, Technik, Bionik undarchitekturdesweiternwarendiversegesprächeamanfangdermaturarbeitmit FrauGundulaSchiebersehrhilfreich Für den praktischen Teil der Arbeit wurde versucht, möglichst viele verschiedene ArthropodenmithydraulischenSystemenzuerwerbenDiesstelltesichalsschwierige Herausforderung dar Nach vielen Versuchen und Recherchen konnten die unter61( Untersuchungsmaterial( aufgelisteten Tiere gekauft oder gefunden werden Leider waren keine Ameisen& oder Termitenköniginnen erhältlich, da diese normalerweise nichtkäuflichsindauchhonigtopfameisensindsehrseltenundsehrteuerundobihr Abdomen wirklich extrem dehnbar ist konnte vom Verkäufer nicht herausgefunden werden Zecken wurden im Stuttgarter Wald gefunden, doch war es unmöglich ihre Abdomenhaut zu dehnen Vom gerandeten Saftkugler wurden Makrofotografienund Lichtmikroskop&Aufnahmen gemacht, doch alle Saftkugler zerfielen in ihre einzelnen Segmente, da diese sehr locker aneinander hängen Deshalb konnten keine weiteren UntersuchungenmitdenSaftkuglerngemachtwerden MitderErdfinsterspinnewurdezuersteineLauf&undBewegungsanalysegemacht,um zu sehen wie sich das Tier im Detail fortbewegt Speziell wurden die hydraulischen Beingelenkebetrachtet,wassichalsschwierigerwies,dadieSpinnenbeinesichenorm schnell bewegen und das Festhalten der Stellungen beinahe unmöglich war Die Fotografien der Erdfinsterspinne (Abb 72 wurden mit lebenden Tieren gemacht, da diespinnenachdemtoddiebeineanzieht ImZooStuttgartwurdenFortbewegungsanalysenzudenGarnelengemachtMitdieser Studiesollteherausgefundenwerden,wodashydraulischeSystemderGarnelenistund wasesgenaubewirktwiespäterbeschriebenwird,warenwederdieschwimm&noch dielaufanalysenaussagekräftig,umdiehydraulikzuorten Das Heimchen wurde in der mit Gras gefüllten Box beobachtet Die Bewegungen mit den Fühlern waren interessant Es ging darum, wie die Grille die Fühler je nach Berührung oder Luftströmung bewegt Die beiden Antennen reagierten sehr schnell undunabhängigvoneinander Im Zoo Basel wurde versucht, eine eierlegende Wanderheuschrecken zu beobachten, umihrdehnbaresabdomenzusehenleiderohneerfolg,dennkeinederheuschrecken legteeier,somussteaufbildmaterialausdeminternetzurückgegriffenwerden Die Wander& und Wüstenheuschrecken wurden je nach Untersuchungsmethode unterschiedlich präpariert Für die Rasterelektronenmikroskop&Aufnahmen mussten die Tiere tot und trocken sein, was ziemlich aufwändig war Die Atomic Force Microscop&Aufnahmen wurden mit frischen Tieren gemacht, um die Struktur des Abdomens möglichst nicht zu verändern Dazu wurden sie kurz vorher im Alkohol getötet 38

40 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb48HeimchenundWüstenheuschreckein70%XigemEthanol Nach den Erstuntersuchungen wurden die Untersuchungstiere zuerst im Tiefkühler herunter& gekühltbissiesichnichtmehrbewegtenunddannin 70%&igemEthanoleingelegt,umsiezutötenundzu konservieren(abb48 Ebenfalls auf Bildmaterial aus dem Internet musste bei den Libellen zurückgegriffen werdenineinemkleinen,namenlosenweiheramwaldrandvonstuttgartwurdefrüh morgens mehrmals versucht, das Schlüpfen einer Libellenlarve zu beobachten Auch hierkeinerfolgdieleerenhüllenderlibellen,exuviegenannt,wurdenoftgefunden Laut Internet und Literaturrecherchen ist die Morgendämmerung ideal, um Libellen beimschlüpfenzusehen(eineauswahlderquellenfolgt 109,110,111 Auch vom Schlüpfen der Fliegen konnten keine eigenen Bilder gemacht werden Die ZuchtvonFliegenistaufwändigunddieErfolgschancensindmässigDasehrvielgutes BildmaterialimInternetvorhandenist,konntedashydraulischeSystemderFliegenmit diesemguterklärtwerden 109 http//wwwlibellenwissende/wissen/dokumentation/libellenschlupf& metamorphose 110 http//wwwbilder&der&naturde/showshtml 111 http//wwwwaldzeitch/nachhaltigkeit/oekologie/insekten/libellen/libellen& elegante&flugkunstler&gefrassige&rauber/ 39

41 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb49Makrofotografie Abb50MikroskopBresser Abb51Lichtmikroskop 63 Makrofotografie Die Makrofotografie wurde mit einer Canon EOS 50D mit einem Makro&Objektiv (EF 100mm f/28 Macro USM, Canon der Universität Stuttgart aufgenommen Um eine qualitativ gute Aufnahme mit besserer Ausleuchtung zu erhalten, wurde ein Ringblitz (Mecablitz15MS&1digital,MetzverwendetDieBilder wurden mit Photoshop CS6 bearbeiteteswurde der Kontrast, sowie die Helligkeit einiger Aufnahmen minim verändert, um ein deutlicheres Resultat zu erhalten Die Arthropodenexemplare waren teilweise lebendig,anderewarentotundwurdenzuvorin70%& igemethanoleingelegt 64 Mikroskopie Die Mikroskop&Aufnahmen wurden mit einem Bresser LCD&Monitor89cmMikroskopmit4&fachund10&fach Vergrösserungslinsen der Universität Stuttgart aufgenommen Die Bilder wurden mit Photoshop CS6 bearbeiteteswurdederkontrast,sowiediehelligkeit einiger Aufnahmen minim verändert, um ein deutlicheres Resultat zu erhalten Die Arthropoden& exemplare waren tot und zuvor in 70%&igem Ethanol eingelegt 65 Lichtmikroskopie Die Lichtmikroskop&Aufnahmen wurden mit der Leica MZ16 (Auflicht mit Fotoeinheit an der Universität Basel aufgenommen Das Lichtmikroskop steht im Pharmazentrum (PZ U1002 Die Abdomen der Wander&undWüstenheuschreckenwurdenzuvorin70 %&igemethanolkonserviert 40

42 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb52REMderUniversitätBasel 66 Rasterelektronenmikroskopie(REM Die REM&Aufnahmen wurden mit dem REM& FEI Nova Nano SEM 230 der Universität Basel aufge& nommenevabieler 112 betreutediearbeitendas REM befindet sich im Pharmazentrum (PZ U1002 Das REM erzeugt Oberflächen& abbildungenmitsehrgrossenvergrösserungen Abb53REMAufbau Aufbau Am oberen Ende des Mikroskops wird ein Wolframdraht zum Glühen gebracht, dadurch werden Elektronen frei (Kathode, welche durch ein starkes elektromagnetisches Feld (Anode beschleunigtwerdendurchmehrerelinsenwird der Elektronenstrahl auf einen Durchmesser von ca 1 nm beschränkt Die Probe befindet sich direkt unter dem Elektronenstrahl, welcher die Oberfläche abtastet Wenn der Elektronenstrahl auf die Probenoberfläche auftritt, werden verschiedene Strahlungen und Elektronen frei Diese werden schlussendlich von jedem Punkt der Probe ausgewertet und so entsteht das schwarz&weissebild 113 Sputter Um die Abdomen im REM zu untersuchen, mussten diese zuerst gesputtert werden, das heisst mit einer hier 40 µm dünnen SchichtGoldüberzogenwerdenDafürwurdedas Leica EM ACE600 & Double Sputter Coatermit Motortisch/ Planetentisch& Kühlfalle ohne VCT& Dock (Meissner Trap& der Universität Basel unterderanleitungvonevibielerverwendetder Sputter, oder Kathodenzerstäuber, beschichtet das gewünschte Objekt im Vakuum mit einer dünnenschichtgold Abb54SputterderUniversitätBasel 112 https//zmbunibasch/mitarbeitende/ 113 https//zmbunibasch/remtemlm/wissenswertes&ueber&das&raster& elektronenmikroskop/ 41

43 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb55SputterAufbau Aufbau Zwei Metallplatten werden einer Hochspannung (ca 1500 Volt ausgesetzt Das Argongas ionisiert und es entstehen positive Argon&Ionen, welche von den negativen Goldplatten (target material beschleunigt werden, dadurch werden Goldpartikel frei Durch Kollisionen mit denargon&ionenwirddasgolddiffusüber das Sample gestreut So entsteht die leitfähigeschichtaufderprobeohnediese könnenorganischeprobenunterdemrem nichtbetrachtetwerden Abb56ProbenvordemSputtern Abb57ProbennachdemSputtern Vorbereitung der Proben Die Heuschreckenabdomen müssten vollständig getrocknetwerden,dasiesonstimsputterbeidervakuum&erzeugungexplodierenim erstenversuchwurdendieheuschreckenviertagein70%&igemethanolentwässert und danach während einer Stunde unter einer Lampe getrocknetbeim Sputtern sind die Proben dann kaputt gegangen, da sie noch zu viel Wasser enthielten Bei einem weiteren Versuch wurden die Heuschreckenabdomen während drei Tagen in Ethanol dehydriert, anschliessend zwei Tage auf einer Zimmerheizung bei ca 22 C luftgetrocknet, weiter zwei Tage im Heizkasten des Gymnasiums bei 40 C und schlussendlichwährendfünfstundenbei60 CgetrocknetDieTierefühltensichsehr ausgetrocknetandochbeimsputternsindsiewiederexplodiertandereverfahrenals die Lufttrocknung kommen kaum in Frage, da die Membran der Tiere äusserst empfindlich ist Wichtig ist, dass sie nicht bei einer zu hohen Temperatur getrocknet werden,dasonstdiemembrankaputtgehenkann 42

44 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb58saubergesputterteProbe Abb59nichtsauber gesputterteprobe Abb60nichtsauber gesputterteprobe In der Abb 58 ist das gesputterte ungedehnte Abdomen einer Heuschrecke zu sehen DerGoldbelagistregelmässigverteiltundesgibtkeinefarblichenVeränderungen,also eine ideale Probe für das REM In den Abb 59 und 60 sind gesputterte gedehnte Heuschreckenabdomen zu sehen, doch ist das Gold nicht regelmässig verteilt und es gibt viele Flecken Diese sind später in den REM&Bildern als schwarze Flecken zu erkennen, welche jegliche Strukturen verdecken Vor allem die Intersegmental& membran wurde stark verfleckt, dies wohl, da sie verletzt wurde und danach Flüssigkeit ausgetreten ist Erstaunlicherweise ist das Abdomen in Abb 58 aus dem ersten Durchgang, bei welchem die Abdomen nur kurz unter einer Lampe trocknet wurden,gutgelungendieprobenvomzweitendurchganginabb59und60wurden lange dehydriert, wie bei der Vorbereitung beschrieben Jedoch sind die gedehnten VersuchsabdomenausdemerstenDurchgangebenfallsgeplatztFolglichwurdenbeim Dehnen die Membranen verletzt, was ein gutes Sputtern verunmöglichte Für weitere Versuchewirdempfohlen,dieAbdomenvordemTrocknenvomKörperzutrennenund diese viel länger zu trocknen als beschrieben, da sie im Innern noch Flüssigkeit beinhaltetenwiediedehnungvollzogenwerdenkann,istweiterunklar,dakeinerder sechsversuchegeglücktist,trotzsorgfältigerarbeit 43

45 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb61AFMderUniversitätBasel Abb62AFMAufbau 67 AtomicForceMicroscope(AFM Die AFM&Aufnahmen wurden mit dem AFM JPK NanowizardIundeinemCantileverDNP&S10Dvon Bruker mit der Steifheit von 61 mn/m an der Universität Basel aufgenommen PhD Philipp Oertle 114 betreute die Arbeiten Das AFM, auch atomareskraftmikroskopgenannt,befindetsichim drittenstockdesbiozentrums(raum339 AufbauDasAFMtastetdieOberflächemechanisch ab und misst die atomaren Kräfte Auf dem Cantilever befindet sich eine kleine Nadel, welche das Sample abrastert (scan Der Laserstrahl, welcher auf die reflektierende Oberfläche des Cantilever trifft, wird zum Detectorweitergeleitet Durch die Struktur des Samples wird der Laserstrahlmehroderwenigerausgelenkt,sowird die Oberflächenstruktur oder die Steifheit am Computersichtbar KraftXAbstandsXKurven Der Cantilever wird mehrmals mit einer bestimmten Kraft auf die Probe gedrückt und danach wieder entfernt Dabei werden die auf die Nadelspitze wirkenden Kräfte in Abhängigkeit der Spitzenposition aufgezeichnet Aus denentstandenenkurvenlassensichrückschlüsseaufverschiedeneeigenschaftender Probegewinnen,wiezBdieSteifigkeitoderdieElastizität Vorbereitung der Proben Die Heuschreckenabdomen mussten frisch und unbehandeltseindietierewurdenzuerstindietiefkühltruhebei 20 Cgelegtund dannkurzimalkoholgetötetdasabdomenwurdeineinzelnesegmentezerschnitten und gesäubert Das fertige Sample bestand nur aus dem Exoskelett und wurde mit AralditineinerSchalebefestigt 114 http//wwwbiozentrumunibasch/de/forschung/gruppen& plattformen/group/unit/lim/ 44

46 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Resultate In diesem Kapitel werden anhand von fünf selbst untersuchten Arthropodenarten die unterschiedlichenhydraulikmechanismenimdetailerläutertdieeinzelnenvorbilder werdenimmeranhanddesgleichenschemasvorgestellt ( ( ( & & & & & AllgemeineInformation( Funktion(Eiablage,(Nahrungsspeicher,(Bewegung,(Einrollen,(uw( Aktuatorik(Muskulatur,(Hydraulik( Sensorik BewegungsfreiheitundXintervalle & ZusammenhangForm Funktion Aktuatorik Sensorik UmdieLesbarkeitunddamitdieVerständlichkeitzuvereinfachen,werdenimletzten Absatz Zusammenhang Form Funktion Aktuatorik Sensorik die vorgestellten Resultate in einen logischen Zusammenhang gestellt und kurz zusammenfassend erläutert 45

47 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik EuropäischeWanderheuschreckeundWüstenheuschrecke (weiblich Abb64EuropäischeWanderheuschrecke, obennormal,untengestreckt Abb63Wüstenheuschrecke, obennormal,untengestreckt o AllgemeineInformationDieweiblicheneuropäischenWanderheuschrecken(Locusta( migratoria( werden bis zu 55 mm gross und haben ein extrem dehnbares Abdomen (Abb Die Wüstenheuschrecken (Schistocerca( gregaria (Abb 63 bilden riesige Schwärme, bestehendausbiszu2milliardentieren!siesindeinegrosseplagefürdielandwirte, siefresseninnertstundenganzefelderkahlauchdieweiblichenwüstenheuschrecken besitzeneindehnbaresabdomen,wieobenrechtsimvergleichzusehenist 116 o Funktion Eiablage( und( Bewegung Weibliche Heuschrecken tragen die sich entwickelnden Eier in ihrem Abdomen und legen diese tief in den feuchten und kühlen Boden, wozu sie ihr Hinterteil in die Erde graben Dafür muss das Abdomen einerseits um ein Vielfaches verlängert werden, andererseits muss es eine gewisse Steife haben 117,118,119 Abb65WanderheuschreckelegtEier 115 http//dewikipediaorg/wiki/europäische_wanderheuschrecke 116 http//dewikipediaorg/wiki/wüstenheuschrecke 117 https//wwwyoutubecom/watch?v=tajrllwe6nk 118 https//wwwyoutubecom/watch?v=5lgqryj_bgo 119 BiologyoftheArthropodCuticle,ACNeville,S17 46

48 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o Aktuatorik reversible( Hydraulik( und( Muskulatur Die Intersegmentalmembran der weiblichen Heuschrecken hat einen hohen Wasseranteil, dies erklärt die enorme ElastizitätWeitersinddieChitinfasernsoangelegt,dasseineStreckungumbiszu12 cm möglich wird Die Zusammensetzung und der Grad der Sklerotisierung sind ebenfallssehrwichtigefaktoren 120,121 Gestreckt wird das Abdomen durch hydraulische Kräfte Die Eier und ein schaumartiges Sekret füllen das Abdomen und lassen es grösser und steifer werden WiestarkdieMuskulaturanderStreckungbeteiligtist,konntenichtherausgefunden werden Jedoch ist die Muskulatur für die Instandstellung des Normalzustandes wichtig Im Abdomen der Heuschrecken gibt es Längsmuskeln, welche das Abdomen in der Länge zusammenziehen, sowie Quer& muskeln, welche die Sklerite quer zusammenziehen 122 AlsÜbersichtzeigendiedreiAbbildungenin Abb66dasHeuschreckenabdomenundihre Sklerite seitlich und von unten Gut ersichtlich ist der verschachtelte Aufbau der Sklerite Das nächst kleinere Segment liegt passendimnächstgrösseren Abb66EuropäischeWanderheuschrecke DieAbbildungen66aundbzeigendieAbdomenobenimNormalzustandunduntenim ausgestrecktenzusatand Abb66aEuropäischeWanderheuschrecke Abb66bWüstenheuschrecke 120 SolidBiomechanics,REnnos,S75& BiologyoftheArthropodCuticle,ACNeville,S364& http//dewikipediaorg/wiki/oothek 47

49 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 In den Abbildungen 67 a, c ist das Abdomen der Wüstenheuschrecke (Schistocerca( gregaria im Normalzustand dargestellt, also wenn das Weibchen gerade keine Eier legtgutzusehenist,dassdiesklerite sich überlappen und so die Intersegmental& membranen(ismverdeckenindenabbildungen67b,distdasabdomenkünstlich gedehntwordensichtbarwirddieweisse,milchigemembranindernaturistdiesein ihrem natürlichen Zyklus noch mehr dehnbar Doch sind die untersuchten Heuschreckennichtträchtig,dasieunbefruchtetsindundkeineEierinsichhaben a b Abb67LichtmikroskopXAufnahmendesAbdomensderWüstenheuX schrecke(bildausschnitt83mmanormalzustand,bgestreckt; (Bildausschnitt4mmcNormalzustand,dgestreckt Analog ist in den Abbildungen 68 a, c das Abdomen der europäischen Wander& heuschrecke(locusta(migratoria(imnormalzustandzusehenundindenabbildungen 68b,dwurdeeskünstlichgedehntWiederistdieelastischeMembran,welchebraun glattstrukturiertist,zusehen c a c d b d Abb68LichtmikroskopXAufnahmendesAbdomensdereuropäischen WanderheuschreckeaNormalzustand(Bildausschnitt83mm, bgestreckt(bildausschnitt6mm,cnormalzustand(bildausschnitt4mm, dgestreckt(bildausschnitt4mm 48

50 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 OhnedieBeweglichkeitderSkleritedurchdieMembranenkönntenwederdieMuskeln noch die Hydraulik das Tier bewegen Darum wurde im nächsten Abschnitt das Abdomen der Heuschrecke mit dem REM (FEI Nova Nano SEM 230 der Uni Basel untersuchtinderfolgendenbilderreihewirdeinübergangvonzweidorsalen(tergit und zwei bauchseitigen Platten (Sternit gezeigt Da das Abdomen in voraus leicht gebogenwurdeistdiepleuritmembranzuseheninderabbildung69aistrechtsim BildeinvollständigüberlappenderÜbergangvonvierSkleritenzusehenJehöherdie Vergrösserung, desto besser wird die papillenartige Struktur der Pleuritmembran ersichtlich Sie ist stark gefaltet und ihre Oberfläche ist noppig Die Membran weist durchschnittlich10&15erhöhungenpro10µm 2 BeidesweistaufeinegrosseElastizität hinwirddiemembranvollständiggedehnt,glättetsichzuerstdiefaltungunddanach ebnet sich auch die Noppenstruktur Gut zu sehen ist die unterschiedliche Oberflächenstruktur der Membran und der Sklerite Alle Membranstrukturen am AbdomenderWanderheuschreckesindanalogaufgebautUnterdemBildistjeweilsdie Referenzlängeangegeben a b c 49 d

51 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 e Abb69REMXAufnahmendesungedehntenAbdomensderWanderheuschrecke Für die folgenden 15 REM&Bilder wurde das Abdomen der Wanderheuschrecke im voraus gedehnt, weshalb die Pleurit& sowie die Intersegmentalmembran(ISM gut zu sehen sind Sie zeigen verschiedene Ausschnitte von Übergängen der Sklerite, dabei wirdmitunterschiedlichenvergrösserungengearbeitetunterdembildistjeweilsdie Referenzlängeangegeben f aismzwischenvierskleriten bvergrösserungvona 50

52 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik cgestreckteism dvergrösserungvonc eeingefalteteism fvergrösserungvone ggestreckteism hkomplettgestreckteism

53 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 ivergrösserteism&struktur jvergrösserteism&struktur kröhrenartigesklerit&verschachtelung lröhrenartigesklerit&verschachtelung mismzwischenvierskleriten nvergrösserungvonm Abb70REMXAufnahmendesgedehntenAbdomens 52

54 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 In den Bildern a, b, m, n ist zu sehen wie die Skleritplatten mit ISM verbunden sind Bilder k, l verdeutlichen die röhrenartige Verschachtelung dieser Platten Die Übergänge der Sklerite und ihre ISM sind besonders gut in den Bildern c, d zu erkennendieeinfaltungderismzwischendenbeidenskleritenistindenbilderne,f zusehendiebesondereoberflächenstrukturdergedehntenismistaufdenbildeni,j erkenntlich Auf den Bildern g, h ist das Ausmass der Streckung der ISM deutlich ersichtlich Abbildung71zeigtdieOberflächenstrukturderISM(30x30µm,welchemitdemAFM untersuchtwurdediemembranzeigtkeineauffallendestrukturundistsehrflach(viel blau Abb71OberflächederISMaufgenommenmitdemAFM Abb72SteifigkeitderISMaufgenommenmitdem AFM Abb73SteifigkeitdesSkleritsaufgenommenmit demafm AufgrundderAFM&DatenergebenBerechnungeneineSteifigkeitderobersten200nm derismvonca100mpa,diesistrelativsteiff(abb72hingegenzeigendieobersten 200nmderOberflächedesSkleritseineSteifigkeitvon3&4MPa,was25Malgeringer istalsdiejenigederism(abb73eininteressanteraspektderbeidenoberflächenist diegeringerauheit 53

55 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o SensorikNachderPaarung,welcheinderfreienNaturjahreszeitenabhängigist,legt dasweibchendieeiermiteinemschaum,welcherspäteraushärtet,tiefindenfeuchten BodenMitdemletztenSegmentdesAbdomenssuchtsieeineweicheStelle,wofürdie vielen Sensillen dienen (Abb 74 c In den folgenden REM&Bildern sind die Sensillen, welche für die Sensorik essentiell sind, zu sehen Wie im Kapitel( 515( Sensorik beschrieben, leiten diese die Informationen zur Stellung der einzelnen Segmente weiterunterdenbildernistwiederumdiereferenzlängeangegeben afeinstesensillenauf demganzenabdomen bimnormalzustand werdenkeinesensillen gereizt camletztensegmentsind diesensillenäusserstdicht ddichtbehaartestellen mitverschiedenlangen Sensillen ewenigerbehaarte StellenmitkurzenSensillen 54 fvielesensillenauf Extremitätenundan Übergängen Abb74REMXAufnahmendereuropäischenWüstenheuschreckemitNovaNanoSEM230 o BewegungsfreiheitXintervalleWieoftdieWeibchenEierlegen,hängtstarkvonden Umwelteinflüssen ab Bei jeder Bewegung werden einzelne Segmente in der Position verändert,waszurstreckungrespzumzusammenziehendermembranenführtdurch hydraulischen Druck werden aber nur das Abdomen und eventuell die Beine bewegt ObdieBeineneinenhydraulischenStreckerhabenwirdderzeitnochuntersucht Die hydraulischen Gelenke der Wanderheuschreckenabdomen zeugen von unbestimmter konzentrierternachgiebigkeitmitfaltungunddehnung o Zusammenhang Form Funktion Aktuatorik Sensor DasZusammenspielvon MuskelnundHydraulikistVoraussetzungfüreinleichtesundplatzsparendesGelenk Durch die Reize der Sensillen können die Position und die weiteren Aktionen geplant werdenesistsehr wichtig, dass die Streckung reversibel ist Weil das Abdomen der HeuschreckenziemlichgrossistundsichdarinvielewichtigeOrganebefinden,musses gut geschützt sein Die festen Skleritplatten übernehmen im Normalzustand diese Funktion Da diese enorme Streckung den Ausnahmezustand darstellt, hat sich die HeuschreckeinderEvolutionsehrpassendandieGegebenheitenangepasst

56 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Spinnen,amBeispielderErdfinsterspinne 1cm 1cm aspinnemitgestrecktenbeinen 1cm bspinnemitangezogenenbeinen 1cm 1cm cspinneseitlichmitgestrecktenbeinen dspinneseitlichmitangezogenenbeinen Abb75Erdfinsterspinne(Coelotes(terrestrisBinokularXAufnahmen(LeicaMz125,Leica,Aufsatzkamera (AxioCamMRc%,Zeiss,bearbeitetmitPhotoshop;AlleBilderderErdfinsterspinnesindinZusammenarbeit mitisabellschmaudergemachtworden o Allgemeine Information Die Spinnen (AraneaebesitzenachtBeineundihrKörperist in zwei Segmente gegliedert Die Bein& extremitäten sind siebengliedrig (Coxa, Trochanter, Femur, Patella, Tibia, Metatarsus, TarsusunddienenderFortbewegung 123,124 o Funktion Bewegung( Zwischen den einzelnen Beinsegmenten sind Gelenke für ein effizientes Bewegungssystem verantwortlich Die elastische Gelenkmembran erlaubt als Bindeglied beider harten Cuticulasegmente die BewegungderGelenke 125 Abb76SpinnenbeinLichtmikroskopXAufnahmen aangezogen,bgestreckt 123 http//dewikipediaorg/wiki/spinne 124 https//wwwyoutubecom/watch?v=gojpko7xliy&list=pl2017a b AutonomesLaufen,RBlickhan,SPetkun,TWeihmann,MKarner,S19&45 55

57 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 TibiaXMetatarsusXGelenk FemurXPatellaXGelenk Gelenkmembran (dorsal a Gelenkmembran (ventral b Abb 77 Spinnenbein LichtmikroskopX Aufnahmenaangezogen,bgestreckt o Aktuatorik Hydraulik( und( Muskulatur( Die Strecker der Femur&Patella& und Tibia& Metatarsus&Gelenke werden durch Hydraulik gestreckt und die Muskulatur übernimmt die FunktiondesBeugersDieDruckerhöhungwird im Vordersegment muskulär aufgebaut, wodurch dessen Volumen und der Beininnen& druck verändert werden Das Spinnenbein streckt sich Die Körperflüssigkeit (Hämolym& phe übernimmt dabei die hydraulische Leistung Das Zusammenspiel von Hydraulik und Muskulatur ermöglicht es, dass das Spinnenbein leicht, lang, dünn und gleichzeitig schnell,beweglichundstabilist 126 Das Femur&Patella&Gelenk besteht aus einer dorsalen und ventralen Gelenkmembran Die ventrale hat eine Dreiecksform und ist drei& bis vierfach gefaltet Die Gelenkmembran ist vergleichbar mit einem Blasbalg Die Membran verschliesst den GelenkraumluftdichtundschafftdamitdieVoraussetzungfürdashydraulischeSystem DiesesermöglichtdurchStreckungderFaltendieBeweglichkeitderGelenke Das Patella&Tibia&Gelenk weist keine Faltung auf, sondern nur ein dünnes elastisches BandDiesesbietetwenigerBewegungsfreiheit,istabergutgeschütztDasGelenkist für die Feinsteuerung der Beine verantwortlich und braucht nicht wie das Femur& Patella&GelenkgrosseBewegungsfreiheit http//wwwnaturfotos&naeher&hingeschautde/kat5&3&springspinnenphp! 127 MitbildgebendenVerfahrenvombiologischenVorbildzum3D&ModellamBeispiel voncoelotesterrestris,bacholorarbeit,ischmauder 56

58 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 OberflächenstrukturundAufbauderCuticuladesSpinnenbeins DiefolgendenREM&AufnahmenwurdeninZusammenarbeitmitIsabellSchmauder erstellt Abb78REMXAufnahmederErdfinsterspinnenXCuticula;linksCuticulaXOberfläche(40µm,rechtsSchnitt durchdiecuticula(15µmvz=verzweigungen,ri=epicuticupaxrippen,ep=epicuticula,ex=exocuticula, Me/En=MesoXundEndocuticula,La=Lamellen Links ist die rippenartige Oberflächenstruktur und rechts der Cuticulaaufbau der BeinsegmentederErdfinsterspinnezusehen OberflächenstrukturderGelenkmembranendesFemurXPatellaXGelenks Abb79REMXAufnahmenderOberflächederErdfinsterspinnenXGelenkmembran;linksVentrale Gelenkmembran(50µm,rechtsdorsaleGelenkmembran(10µm,Pa=papillenartigeErhöhung DieventraleunddorsaleGelenkmembranweiseneineandereOberflächenstrukturauf alsdiejenigeder CuticuladerBeinsegmente Anstatt einer rippenartig strukturierten Oberfläche,sinddieMembranemitdichtvorkommendenpapillenartigenErhöhungen zu erkennen Im Vergleich der ventralen Gelenkmembran (Abb 79, links mit der dorsalen (Abb 79, rechts zeigt sich, dass die Erhöhungen der ventralen dichter beeinanderliegenalsdiederdorsalendieventralemembranweistdurchschnittlich2& 3Erhöhungenpro2µm 2 unddiedorsale4&5pro2µm 2 auf 57

59 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 OberflächestrukturdesÜbergangsamFemurXPatellaXGelenk Abb80REMXAufnahmenderOberflächedesÜbergangsdesFemurXPatellaXGelenks(70µm DieAbb80zeigteinenÜbergangvonderCuticuladerBeinsegmenteimBereicheines GelenkesAndieserStellegehtdierippenartigeOberflächenstrukturderCuticulaindie papillenartigeoberflächenstrukturdermembranüber o Sensorik Die Beinsensillen (Abb 77 spielen bei den Bewegungsvorgängen eine grosse Rolle Beinstacheln gibt es am ganzen Bein, diese stellen sich bei erhöhtem BlutdruckaufundgebennurdannInformationenweiterDieSpaltsinnesorganesindim Exoskelett eingebettet und sondieren die Verformung, die durch Belastung und SpannungderStellungderBeineundGelenkeauftrittImGelenkgibtesSinneszellen, welchedieinformationenzurstellung,bewegungundgeschwindigkeitweiterleiten 128 o Bewegungsfreiheit Xintervalle Spinnensindunglaublichbeweglichundkönnenihre dünnen Beine unabhängig voneinander blitzschnell einziehen oder ausstrecken Auf diese Schnelligkeit ist die Spinne angewiesen, damit sie ihre Beute packen resp vor dem Feind fliehen kann Zusätzlich können die einzelnen Beinsegmente unabhängig voneinander bewegt werden, was einen enormen Bewegungsradius bewirkt Die SpinnenbeingelenkekönnendadurchsehrfeineundpräziseBewegungenausführen 129 DasSpinnenbeinstehtalsBeispielfürdiebestimmtekonzentrierteNachgiebigkeitIhre BeinebesitzenScharniergelenke o ZusammenhangForm Funktion Aktuatorik SensorikDadieSpinneninihren GelenkendenhydraulischenDrucknutzen,habensiefastkeineVerzögerungszeitund könnensofortreagierenerstaunlichist,dassdiespinnejenachaufgabedergelenke unterschiedliche Membranen hat Würden Muskeln sowohl für die Beugung und Streckung der Beingelenke zuständig sein, wäre das Bein um einiges dicker und schwerer, was wiederum zur Verlangsamung führt Die verschiedenen Ausprägungen von Informationssensoren bei Spinnenbeinen ermöglichen eine äusserst effiziente SensorikDieHydraulikistVoraussetzungfürihrelangen,dünnenundleichtenBeine, diese wiederum erlauben eine optimal ans Gelände angepasste Fortbewegung Die fehlende Streckmuskulatur lässt viel Raum für den Beugermuskel Gleichzeitig eignet sich dieser Bewegungsapparat gut zum Beutegreifen, zu hängenden Fortbewegungs& 128 MitbildgebendenVerfahrenvombiologischenVorbildzum3D&ModellamBeispiel voncoelotesterrestris,bacholorarbeit,ischmauder,s2&5 129 https//wwwyoutubecom/watch?v=gojpko7xliy&list=pl2017a b37 58

60 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 formen und für den Springmechanismus Mit der Hydraulik und der Ausrichtung der BeinekanndieSpinneschnelllosspringenAlldiesstellteinsehrbeweglichesundgut steuerbares Konstrukt dar, was für das sichere Greifen der Beute wichtigist Beim Druckaufbau werden mehrere Gelenke gleichzeitig bewegt Insgesamt sind die Spinnenbeinehochspezialisiertundgutoptimiert Des weitern besitzen viele Arthropoden hydraulisch gesteuerte Begattungsorgane FolgendwirddasderSpinnenäherbeschrieben Begattungsorgan Die männlichen Begattungs& organe besitzen oft Haken, Zähnchen oder durch Hämolymphdruck hydraulisch ausstülpbare Strukturen (Abb 81, die oft genau in entsprechende Widerhaken bzw Vertiefungen in der weiblichen Genitalkammer hineinpassen, also dem Schlüssel&Schloss&Prinzip entsprechen Die Komplexität vieler Begattungsorgane soll der sexuellenselektiondienenundalskonsequenzder versteckten Weibchenwahl Viele männliche Abb 81 Männliches Glied Spinne (Gonyleptidae Begattungsorgane haben noch eine weitere wichtige Funktion, im Weibchen fest und sicher verankert zu sein, um gegenüber anderen Männchen eine stabile Verankerungsposition beibehalten zu können So gesehen sind die komplexen Strukturen dieser Organe vor allem eine Konsequenz des Konkurenzkampfs der Männchen 130 In folgender Arbeit sind viele Beispiele von hydraulischen männlichen Geschlechtsorganen bei Spinnen beschrieben und systematischgeordnet http//wwwspektrumde/lexikon/biologie/begattungsorgane/7775&_druck=1 131 http//wwwmuseunacionalufrjbr/mndi/aracnologia/pdfliteratura/martens/marte ns%201986%20grossgliederungpdf 59

61 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik KrebstiereamBeispielderNordseegarnele o Allgemeine Information Die Krebse (Crustacea bilden einen Unterstamm der Arthropoden und leben fast ausschliesslich im Wasser Sie sind wie die Arthropoden segmentiert,jedochistihrexoskelettmeistmit CalciumcarbonatverfestigtSowirdihrPanzer nochhärterundschütztdastieroptimal 132,133 o Funktion Wachstum( und( Bewegung Garnelen (Crangon( crangon besitzen wie alle Krebstiere und die meisten Arthropoden ein Exoskelett Dieses ist nur in geringem Masse dehnbar Damit die Garnelen trotzdem wachsen können, muss es von Zeit zu Zeit abgeworfen werden, analog den meisten Arthropoden Wird das Exoskelett zu eng, so wird die Häutungsdrüse aktiviert, welche das Häutungshormon Ecdyson ausschüttet Es signalisiert dem Organismus, sich auf die Häutung vorzubereiten In Folge werden dem Panzer Mineralien entzogen, damit dieses weicher wird Darunter bildet sich bereits der neuepanzervorderhäutungwerdendietieresehrruhigundversteckensichmeist zwischen den Pflanzen Der Häutungsvorgang geschieht innerhalb weniger Sekunden, dabei bricht der Panzer an der Körperoberseite auf und die Garnele schlüpft heraus DieneueAussenhautistnochweich,weshalbsichdieGarnelenbiszurAushärtungdes PanzersvesteckenSolangederPanzernochweichistnimmterWasseraufunddehnt sichspäterwerdendiemineralien,diederaltenhautentzogenwurden,indenneuen PanzerwiedereingelagertDadurcherhältdieneueAussenhautwiederdieschützende HärteundFestigkeitUmausdemaltenExoskelettwichtigeStoffewiederzuverwerten, frisst die Garnele oft ihre alte Haut Die nächste Häutung steht an, sobald der neue PanzerwiederzukleinistEininteressanterNebeneffektderHäutungist,dassfehlende oderbeschädigtegliedmassennachwachsen 134,135,136 Laut Dipl&Ing Gundula Schieber, vom IKTE an der Universität Stuttgart, sind hydraulischesystemeninkrustentierenauchfürnormalebewegungenbekanntleider konntenkeineweiterenverlässlichenquellendazugefundenwerden b a Abb82GarneleMakroaufnahme agestreckt,bzusammengezogen 132 http//dewikipediaorg/wiki/krebstiere 133 http//dewikipediaorg/wiki/garnele 134 ReinhardPekny,ChrisLukhaupSüßwassergarnelen,4Auflage2011,GU 135 http//dewikibooksorg/wiki/haltung_von_süßwassergarnelen_häutung 136 http//skeletalphylumweeblycom/arthropodahtml 60

62 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o Aktuatorik beim Wachstum passive( Hydraulik( durch( Osmose( Wiebereitserwähnt, nimmtdiegarnelewährenddersklerotisierungdurchosmosewasserinihrenkörper auf, welches sie wachsen lässt Dieser Prozess dauert etwa zwei Tage Der fertig ausgehärtetepanzerbietetsogenügendplatzbiszurnächstenhäutung a a b b Abb83GarnelenrückenMakroaufnahme agestreckt,bzusammengezogen o o o Aktuatorik bei der Bewegung Muskulatur(und(Hydraulik(Mit einem Makroobjektiv wurdenaufnahmenvonnatürlichenschwimm&undlaufbewegungenerstellt(abb83, 84GutzusehensinddieüberlappendenSkleriteWenndieTieresichstarkkrümmen kommendieismzumvorscheindiesesindjedochfesterundsomitwenigerelastisch alsbeidenheuschreckenderäussereaufbaudesgarnelenabdomensgleichtdemder Heuschrecken Wie vom Kulinarischen bekannt sein dürfte, ist die Garnele mit vielen Muskeln ausgestattet Das hydraulische System der Garnelen wird in der Nähe des Blutkreislaufsystems erwartet, konnte aber nicht nachgewiesen werden, weil es bei totentierenschnellzusammenfällt Sicher ist, dass die Muskulatur den Hauptteil der BewegungenvollbringtunddieHydraulikehereineNebenrollespielt o Sensorik Auch im Bereich der Sensorik ist noch viel unerforscht Es konnte nicht herausgefunden werden, wie die Garnelen Information zu ihrer Position erhalten Vermutet wird, dass es Sensoren in den Muskeln gibt, welche die Lage der Muskeln bestimmenvermutetwird,dasswasserströmungenwahrgenommenwerden 61 Abb84GarnelenabdomenMakroaufnahme agestreckt,bzusammengezogen

63 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o BewegungsfreiheitXintervalleDieAnzahlundIntervallederHäutungensindjenach ArtunterschiedlichImSchnitthäutensichZwerggarnelenallevierbissechsWochen, grössere Garnelen haben deutlich längere Häutungsintervalle Generell hängt die HäufigkeitvonfolgendenPunktenab & Mit zunehmenden Alter werden die Abstände grösser, da die Garnelen langsamerwachsen & Je höher die Temperatur, desto höher die Häutungsfrequenz, da hohe TemperaturendasWachstumbegünstigen & ZuproteinreicheErnährungführtzuverfrühtenHäutungen 137 Die Häutung stellt eine verteilte Nachgiebigkeit dar, welche sich ausdehnt Die hydraulische Bewegung ist eine unbestimmte konzentrierte Nachgiebigkeit, welche durchdehnungundfaltungerzeugtwird o Zusammenhang Form Funktion Aktuatorik Sensorik Leider ist bei den KrebstierennochvielesunerforschtSoistwedergenaugeklärtwiedieOsmosebeider Häutungabläuft,nochsinddiehydraulischenBewegungssystemebekannt 137 http//dewikibooksorg/wiki/haltung_von_süßwassergarnelen_häutung 62

64 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik GeisselantennederHeimchen o Allgemeine Information Die Antennen befinden sich paarig an der Stirn der meisten Arthropoden und dienen der Sensorik Zwei Antennenarten sind zu unterscheiden die Gliederantenne und die Geisselantenne Die GliederantennewirdausschliesslichmitMuskeln bewegt Wie alle sechsfüssigen Arthropoden besitzt das Heimchen (Acheta( domesticus a ebenfalls zwei Geisselantennen Im folgenden Abschnitt wird nur die Geisselantenne b c untersucht, da sie neben Muskeln auch noch durchhydraulikbewegtwird 138 o Funktion Bewegung( der( Antennen Die AntennenwerdenhauptsächlichzumTastenund RiechenverwendetundhabeneineVielzahlvon weiterenwichtigenaufgaben,darummüssensie d e aktiv bewegbar sein Einerseit müssen die ganzen Antennen bewegt werden, andererseits jedes Glied einzeln Da die Antennenstruktur sehrdünnist,gibteskeinemuskeln 139 Abb85aGrilleMakroaufnahmeCanon;LichtmikroskopXAufnahmenderAntenne bgebogen,cnormal,sowieingrösserervergrösserungdgebogen,egestreckt Abb86AufbauderGrillenantenne o Aktuatorik Muskulatur( und( Hydraulik DieGeisselantenneistwiefolgtaufgebaut(Abb 86 das erste Segment, das Scapus, ist durch intersegmentale Membran an der Stirn festgemacht Das Scapus ist durch Muskulatur mit dem zweiten Segment, dem Pedicellus verbundenalleweiterensegmentewerdenzum Flagellum gezählt Ab dem Pedicellus gibt es keine Muskeln mehr Das Flagellum der Heimchen ist besonders lang, es werden über 100Segmentegezählt( Diese Segmente werden durch den Druckunterschied der Hämolymphe(Blut aktiv bewegt Ein Herzmuskel an der Basis der Antennegelegen,pumptdieHämolympheindie Antenne und erzeugt so den hydraulischen DruckEinefeineundflexibleMembran,welche einenachinnengelegtefalteaufweist,verbindet allesegmente(abb86,a 140,141( 138 GrundrissderInsektenkunde,HWeber/HWeidner,S56& http//dewikipediaorg/wiki/fühler_(biologie 140 http//what&when&howcom/insects/anopheles&mosquito&insects/ 63

65 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb87MöglicheBewegungsartender Antennensegmente Wie in der Arbeit von Catherine( Loudon, Jorge( Bustamante,(Jr(und(Derek(W(Kellogg,unterdemNamen Cricket( antennae( shorten( when( bending( (Acheta( domesticus( L,( welche am 26 Juni 2014 erschien, beschrieben,istnochnichtgesichertbekannt,wiesich die einzelnen Antennensegmente gegenseitig bei Bewegungen verhalten In der Abbildung 87 sind die möglichen Bewegungsformen dargestellt In den Lichtmikroskop&Aufnahmen (Abb 88 ist zu sehen, dass beim Dehnen der Antenne die Intersegmental& häute sichtbar werden Anzunehmen ist darum, dass die Intersegmentalhäute dort zum Vorschein kommen, wo sie gestreckt werden Auf der gegenüberliegenden Seite werden die Segmente weiter ineinander verschachtelt(b 142 o Sensorik Über die Antennen nehmen die Tiere vielseitige Informationen wahr Sie analysieren ihre Umgebung und leiten diese Informationen dem Hirn weiter Vor allem chemische (zb Pheromone und physikalische (zb Luftströmungen Reize werden durch die Fühler erkannt Auf diesen befinden sich winzige Sensillen (Abb 88, welche Mechano& und Chemosensoren beinhalten An dieser Stelle soll noch das Johnstons Organ (s Abb 88, weisser Pfeil beschriebenwerdendiesisteinweiteressinnesorgan, welches im Pedicellus vorkommt Es nimmt Vibrationen der Antenne wahr und ist somit für den Flug essentiell Einige Zweiflügler können damit sogar hören 143,144 Abb88AntennemitJohnstonsOrganundSensillen o Bewegungsfreiheit Xintervalle Die Sinnesorgane auf den Antennen liefern den HeimchenlaufendvielseitigeInformationenzurOrientierung o Zusammenhang Form Funktion Aktuatorik Sensorik DamitdieAntennenso lang und beweglich sein können, müssen sie extrem leicht gebaut sein, va wenn sie über 100 Segmente lang sind, wie bei den Heimchen Analog zu den Spinnenbeinen verursachtauchhierderhämolymphdruckdiehydraulikjekleinerdiehydraulischen Kammern, desto schneller ist die Bewegung Folglich können die Antennen der Heimchenschnellundpräzisebewegtwerden,wasbeiTierstudienmitlebendenTieren gut ersichtlich war Die Geisselantenne stellt ein Beispiel für eine unbestimmte konzentriertenachgiebigkeitduchdehnungundfaltungdar 141 EncyclopediaofInsects,VincentHResh,RingTCardé,S22& http//wwwncbinlmnihgov/pmc/articles/pmc / 143 http//dewikipediaorg/wiki/johnstonsches_organ 144 http//what&when&howcom/insects/anopheles&mosquito&insects/ 64

66 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Ergänzend werden einige Arthropoden beschrieben, welche mit Versuchstieren nicht untersuchtwerdenkonnten,weilsienichterhältlichsind 75 Honigtopfameise,WanderXundWeberameise,allg ArbeiterinnenameisemitAufgabederNahrungssuche 145 Abb89ImHonigtopfameisennest Abb90Honigtopfameisen(Campondious(Inflamis,(Myrmecocystus( mexicanusgefülltmithonig o Allgemeine Information Ameisen leben in Staatengemeinschaften und übernehmen dabei verschiedene Aufgaben Sie passen sich diesen an, entsprechend variiert ihre GrössejenachArtundStatus 146 o Funktion Vorratsspeicher Für die Nahrungsspeicherung gibt es bei einigen Ameisen einenextremdehnbarenkropfimabdomen,deralserweiterungdesvorderdarmsdie meiste Nahrung speichert Später wird diese im Nest in den Mund zurückgewürgt (RegurgitierenunddortdenhungrigenAmeisenundderKöniginverfüttert(Abb89 So kann eine Arbeiterinnenameise viele Ameisen verpflegen, welche selber nicht auf die Nahrungssuche gehen müssen (Abb 90 Die Ameise selbst verbraucht nur einen kleinenteildernahrung 147, DieAmeisenBiologieundVerhalten,WalterKirchner 146 http//dewikipediaorg/wiki/ameisen 147 DieAmeisenBiologieundVerhalten,WalterKirchner,S21, http//dewikipediaorg/wiki/honigtopfameisen 65

67 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o Aktuatorik reversible( Hydraulik Die gepanzerte Abdomendecke der Ameisen weist eine z T enorme Dehnbarkeit auf, dies aufgrund ihrer Struktur und Zusammensetzung Feste sich überlappende Rücken& und Bauchplatten (s Abb 91 dorsal sclerite sind mit extrem elastischen Intersegmentalmembranen (s Abb 91 arthrodial membrane miteinander verbunden Ihre Ausdehnung kann enormes Ausmass annehmen, wenn mehr Platz gebraucht wird Diese Dehnung ist reversibel, das heisst das Abdomen kann wieder in die Ursprungsform zurückkehren (s Abb 91 links gedehnte Haut durch Hydraulik, rechtsnormalzustand 149 Abb91linksSpezialisierteHonigtopfameise mithonigimdehnbarenabdomen, rechtsabdomenhautgedehntundimnormalzustand o Sensorik Differenzierung In der Individualentwicklung (Ontogenese wird entschieden,welchesgeschlechtundwelcheaufgabeneineameisespäterhabenwird Die Differenzierung jedes Individuums hängt von vielen Faktoren ab, wobei die genetischeveranlagungseltenrelevantistderjuvenilhormonspiegelhatebenfallseine bedeutendeauswirkungaufdieentwickungdereierundlarvennachhölldeblersind folgendefaktorenentscheidend & Ernährung Menge und Qualität der Nahrung, eventuell besondere NahrungssekreteausdenFutterdrüsen & Temperatur & Feuchte & Tageslänge & Kastenselbstinhibition Individuen einer Kaste verhindern die EntstehungweitererIndividuenderselbenKaste(Königinentwicklung & GrösseundDottergehaltderEier & AlterderKönigin 150,151 WarumgenaudieArbeiterinnenihrenspezifischenAufgabennachgehenundwiediese über den Tag und das Jahr reguliert werden, ist noch wenig erforscht Jedoch haben Ameisen ein eigenes Kommunikationssystem, welches bei der Nahrungssuche von äussersterwichtigkeitist o Bewegungsfreiheit Xintervalle Honigtopfameisen (Sammelbegriff für diverse AmeisensortensucheninextremenLebensräumen(Wüste,Steppe,Karstgebirgevain Mexiko, Südamerika und Australien nach zuckerhaltigen Säften Diese stehen nur temporärzurverfügungundwerdendanninüberschussgesammeltundimkropfder Nahrungsarbeiterinnen gespeichert Der anschwellende Kropf lässt das Abdomen immer grösser werden, die Ameisen sehen wie Honigtöpfe aus Da das Abdomen der vollenarbeiterinnensogrossist(biserbsengrösse,könnensienichtmehrlaufenund hängen wochenlang bewegungslos an der Nestdecke Bei Futterknappheit in der 149 DieAmeisenBiologieundVerhalten,WalterKirchner,S http//dewikipediaorg/wiki/ameisen#typbestimmende_faktoren 151 http//dewikipediaorg/wiki/bert_hölldobler 66

68 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Trockenheit,regurgiertdieAmeisedenzuckerhaltigenNährstoffEinvollerKropfkann etwa100hungrigeameisenwährend14tageninnahrungsarmenzeitenernährenein ganzerbaukannsobiszu250ghonigspeichern! 152,153,154 DieHonigtopfameisensind einsehrgutesbeispielfüreineverteiltenachgiebigkeitdurchausdehnung o Zusammenhang Form Funktion Aktuatorik Sensorik Die Speicherung von NahrungsmittelnimAbdomenverschiedenerAmeisenarten,besondersgutsichtbarbei den Honigtopfameisen, funktioniert bestens Das Zusammenspiel der einzelnen FaktorenistgutangepasstEsverstehtsichvonselbst,dassdieserVorgangreversibel seinmuss WeitereArthropodenmiteinemausgeprägtenreversiblenHydrauliksystemundeiner verteilten Nachgiebigkeit der Gelenke duch Dehnung sind beispielsweise Mücken, Milben,Kopfläuse,BettwanzenundZeckenDieseBlutsaugerkennenwiralsParasiten Sienehmen mit ihrer Blutmahlzeit in Kürze eine maximale Menge Blut zu sich, damit siesichdavonlangeernährenkönnensiespeicherndieerworbenenahrunginihrem extrem dehnbaren Abdomen 155, 156, 157 So kann die Zecke auf das 20&fache ihres ursprünglichen Volumens und auf das bis zu 100&fache ihres Gewicht duch das Blutsauenheranschwellen AlleMembranedesAbdomensdieserBlutsaugerweiseneineextremeDehnbarkeitauf Nur die Zecken besitzen keine sklerotisierten Platten (Abb 96, 97 Auch diese Tiere sind bestens an ihre Lebensweise angepasst Sie führen ihre Nahrung stets im dehnbarenabdomenmit 152 DieAmeisenBiologieundVerhalten,WalterKirchner,S48& http//dewikipediaorg/wiki/honigtopfameisen 154 AmerikaunddieWeltderAmeisen,MaximilianFischer, KosmosInsektenführer,JZahradnik,S35& http//dewikipediaorg/wiki/parasitismus 157 InsektenMitteleuropas,MChinery,S135 67

69 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb92StechmückemitvollemAbdomen Abb93Milbe Abb94Kopflaus Abb95Bettwanze Abb96VollgesogeneZecke Abb97ZeckenimGrössenvergleich, linksvollgesogenesabdomen, rechtskeinblutimabdomen 68

70 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik TermitenXundAmeisenkönigin Abb98TermitenköniginmitPflegeameisen (Isoptera Abb99Grössenvergleichderdifferenzierten Termiten(Isoptera Abb100AmeisenköniginmitArbeiterinnen Abb101UnterschiedlicheDehnungdesAbdomens derameisenköniginaohneeierundbmitbrut o AllgemeineInformationDieKöniginnenderAmeisenundTermitenbefindensichan der Spitze der hierarchischen Staatengemeinschaft Sie sind die Grössten und alle habensichihrunterzuordnendieeinzigenaufgabenderköniginsindeinerseitsdie Eiablage zu sichern und andererseits den Staat zu überwachen und zu koordinieren 158,159 o Funktion Fortpflanzung Wie bereits bei den Honigtopfameisen beschrieben, wird durch Differenzierung die Funktion der Ameise resp des Termits bestimmt Die KöniginistdaseinzigeWeibchen,welchesfortpflanzungsfähigistundEierlegenkann Somit ist sie für den Fortbestand des ganzen Staates verantwortlich und muss viel Nachwuchs erzeugen Königinnen sind grösser als ihre Artgenossen und zur Beschleunigung der Eiproduktion wachsen die Eier, wie in einem Brutkasten, im aufgeschwollenenabdomenheran 160,161, http//dewikipediaorg/wiki/termiten 159 https//wwwyoutubecom/watch?v=zlqpu9a7qpe 160 http//wwwsciencedirectcom/science/article/pii/ http//dewikipediaorg/wiki/termiten#geschlechtstiere 162 http//wwwwissende/lexikon/termiten 69

71 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o Aktuatorik reversible( Hydraulik Das in harte Platten segmentierte Abdomen der KönniginnenderAmeisenrespTermitenweisteineenormeDehnbarkeitaufBeiihnen kann das Abdomen bis zu 500&1000% im Vergleich zur Originalgrösse ausdegehnt werden Dies aufgrund ihrer Struktur und Zusammensetzung Sklerotisierte, sich überlappenderücken&undbauchplattensindmitextremelastischenismmiteinander verbundenihreausdehnungkannenormesausmassannehmen,wennmehrplatzfür die heranwachsenden Ovarien gebraucht wird Die Ovariolen (Eiröhren der Königin werdengrösser,sobaldsiefruchtbaristdasganzeabdomenwirdgedehntoftbleibt das Abdomen der Königin gedehnt, da sie laufend Eier legt, doch die Dehnung ist reversibel 163,164 o Sensorik Differenzierung Durch Ontogenese findet die Differenzierung jedes Individuums statt Für die Königinentwicklung ist dabei va ein Gen essentiell 165 Der JuvenilhormonspiegelhatebenfallseineentscheidendeAuswirkungaufdieEntwickung der Königinnen Die nach Hölldebler erkannten Faktoren sind bei der Sensorik der Honigtopfameisen bereits erläutert 166 Nach dem Hochzeitsflug, welcher nur zu bestimmtenjahreszeitenundwetterbedingungenstattfindet,befruchtetderkönigdie KöniginDiePaarbildungwirdduchPheromonebeschleunigtDieKommunikationüber denstandderbrutläuftübersozialesignaleundpheromone 167 o BewegungsfreiheitXintervalleDiePaarungszeit,sowiedieHäufigkeitderEiablageist vonartzuartverschiedenwährendderzeit,inderdiekönigindieeier,wieineinem Brutkasten, in ihrem Abdomen trägt, kann sie sich nicht mehr bewegen Sie wird vollkommen von den Arbeiterinnen versorgt Ihr Hinterteil kann bis zu 14 cm gross werdeneinsolchesphysogastrischesweibchenkannbiszu30'000eieraneinemtag und viele Millionen während ihres Lebens legen 168, 169 Auch die Königinnen der TermitenundAmeisennutzendieverteilteNachgiebigkeitdurchAusdehnung o ZusammenhangForm Funktion Aktuatorik SensorikDieenormeAusprägung desköniginnenabdomensistexzellentandieaufgabeangepasstihrstaatunterstützt die Königin in dieser anstrengenden Zeit Wichtig ist die Reversibilität der Hydraulik, dennnursokanndieköniginsichoptimalandiesituationanpassen 163 DieAmeisenBiologieundVerhalten,WalterKirchner,S TheInsects AnOutlineofEntomology,PJGullan/PSCranston,S295& http//wwwweltde/wissenschaft/umwelt/article /macht&geheimnis&der& Termitenkoenigin&gelueftethtml 166 http//dewikipediaorg/wiki/juvenilhormon 167 http//dewikipediaorg/wiki/termiten#lebenszyklus2c_differenzierung_von_kasten 168 http//dewikipediaorg/wiki/termiten 169 DieAmeisenBiologieundVerhalten,WalterKirchner 70

72 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Libelle o Allgemeine Information Die Häutung der Libellen (Odonata ist eine der bekanntesten im Reich der Arthropoden Exuvien werden oft an Blättern nahe einem Gewässer gefunden Ihr Exoskelett verleiht sowohlgroßefestigkeitalsauchhohe Beweglichkeit bei geringem Gewicht So wiegt eine Kleinlibelle nur gerade 0,025gundeineGroßlibelleetwa1g BekanntsinddieLibellenwegenihren phänomenalenflugkünsten 170 Abb102LibellewährenddemSchlüpfen o FunktionWachstum,(Nahrungsbeschaffung,(SchlüpfenDieLibelleschlüpftalsLarveim Wasser Dort verbringt sie den Anfang ihres Lebens alsräuber Sie häutet sich einige Male, wobei dieser Vorgang analog zu den Garnelen geschieht Solang die Haut noch weichist,diffundiertwasserindielarve,wassiegrösser werden lässt Nach einiger ZeitbeginntmitdervollständigenMetamorphoseeinneuerLebensabschnittSiesteigt aus dem Wasser und wandelt sich in eine fliegende Libelleum 171 UmzuschlüpfenistdieLibelleebenfalls aufihrehydraulikangewiesenalslarveistdielibelle eherlangsam,darumschleichtsiesichanihrebeutean undpacktdiesemitderhydraulischenfangmaske,die blitzschnellreagiert(abb ,173,174 Abb103HydraulischeFangmaskederLibellen 170 DieLibellenindenNaturparksTrudnerHornundRieserferner&Ahrn,DrMichl Laimer http//dewikipediaorg/wiki/libellen 172 http//wwwwaldzeitch/nachhaltigkeit/oekologie/insekten/libellen/libellen& elegante&flugkunstler&gefrassige&rauber/ 173 http//enwikipediaorg/wiki/hemolymph 174 http//wwwlibellenwissende/wissen/dokumentation/libellenschlupf& metamorphose 71

73 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o Aktuatorik Muskulatur( und( Hydraulik( An der Luft kommt es zur letzten Häutung Dazu macht die Libelle pumpartige Bewegungen in der Hülle, so dass die$ Larvenhaut$ entlang' der' Rückennaht' platzt Die Libelle füllt ihren Brustabschnitt weiter mit Körperflüssigkeit, weshalb die Haut immer weiter aufreisst" Sobald" sie" aus" der" Larvenhaut* geschlüpft* ist,* muss* sie* die* Flügel* stärken* Auch dazu pumpt sie die Körperflüssigkeit! in# die# Flügeladern,# welche# sie# nach# dem# Erhärten# dieser wieder zurückzieht,umsieanschliessendindenhinterleibzupumpennachdemerhärtendes Abdomenswirddie Pumpflüssigkeit durchdendarmtropfenweiseausgeschiedenso gibtsiedenunnötigenbalastabdasschlüpfendauertzweibisdreistunden,dannist dastiersoweit"ausgehärtet,"dass"es"den"gefährlichen"jungfernflug"antreten"kann"nur" die$leere$larvenhülle$bleibt$zurück$dasschlüpfenistdiegefährlichstephaseimleben einerlibelle,dadastierbeinahewehrlosjedemangreiferausgeliefertistdarumistes vonwichtigkeit,dassderhydraulischevorgangbiszumabflugmöglichstkurzist 175,176 o Sensorik AuchdieLibellenbesitzeneineVielzahlvonSensillenaufihrerExocuticula DieverschiedenenLebensabschnittewerdenhormonellgesteuert o BewegungsfreiheitXintervalleDie$Zeit$als$Libellenlarve$dauert$je$nach$Art$zwischen$ vier% Monaten% und% fünf% Jahren% Nach% sieben% bis% fünfzehn% Häutungen% ist% die% Larve% herangewachsenundgenügendentwickelt,damitsiedasgewässerverlassenkannund ihr Leben als fliegende Libelle weiter führen kann Die Häutungen sind hormonell bedingt 177 o ZusammenhangForm Funktion Aktuatorik SensorikDieLibellevereintgleich mehrere hydraulische Mechanismen Bei der Häutung als Larve wird analog der Garnele die Hydraulik mittels Osmose angewenden Dies ist eine durch Ausdehnung verteilte Nachgiebigkeit Dazu kommt ihre spezialisierte Fangmaske, welche durch verteiltenachgiebigkeitdasbiegenerlaubtbeimschlüpfenwirderneutmehrmalsdie HydraulikangewendenDieLibellehatsichandieGegebenheitenangepasstundnutzt die Hydraulik oft Interessant ist auch, dass sich die Libellen oft an der Sonne platzieren,dasiesoihrenkörperaufheizen 175 http//wwwwaldzeitch/nachhaltigkeit/oekologie/insekten/libellen/libellen& elegante&flugkunstler&gefrassige&rauber/ 176 http//wwwbiology&resourcescom/insect&structurehtml 177 UraniaTierreichInsekten,KGünthert,S13 72

74 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik DeckelschlüpferamBeispielderSchmeissfliege o Allgemeine Information Die Fliegen sind als fliegende Lästlinge und Krankheitüberträger allgemein bekannt, verbringen jedoch die grösste Zeit ihres Lebens als Larve Sie werden nach der Art ihrer Schlupftechnik in Spalt& und Deckelschlüpfer gegliedert In diesem Abschnitt werden wir nur die Deckelschlüpfer (Cyclorrhapha, griech,cyclo] ( = ringförmig und( raphe ( = Naht( genauer betrachten, welchezurhöchstentwickeltengruppederfliegenzählt 178 Abb104DeckenschlüpferbeiderEntpuppung o Funktion Entpuppung( Analog der Libelle verbringt die Fliege ihren ersten LebensabschnittalsLarve,umgangssprachlichalsMade,bisdiesegenügendgrossund entwickeltistdannverpupptsiesichundschlüpftalsfliege o Aktuatorik(Hydraulik(DieDeckenschlüpfersprengenmitderaufgeblähtenKopfblase, in die sie Hämolymphe pressen, den Deckel ihrer Tönnchenpuppe ab Die Kopfblase wirkt als Hydraulikhebel Diese entwickelt sich nach dem Schlüpfen wieder zurück DanachhelfenperistaltischeBewegungenausihrerHülleEsdauerteinigeZeitbisdie Fliegeflugbereitist,dadieStrukturennocherhärtenmüssen 179,180 o Sensorik Die Lebensprozesse werden durch Hormone gesteuert Weitere Faktoren, wie Temperatur und Feuchtigkeit müssen stimmen 181,182 Zu weiteren Indikatoren konntenichtsgefundenwerden 178 http//dewikipediaorg/wiki/deckelschlüpfer 179 http//wwwwildbienende/wbi&r400htm 180 http//wwwwildbienende/wbi&p831htm 181 http//insektoidinfo/fliegen/ 182 http//wwwinsektenboxde/fibel/ent/ 73

75 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 o Bewegungsfreiheit Xintervalle Die Vermehrung ist vom Klima und dem NahrungsangebotabhängigDaFliegenbeinahekeineBrutpflegeverrichten,wirdeine Grosszahl an Eiern gelegt Innerhalb von 8& 48 Stunden sind die Larven in den Eiern schlüpfreifnachdreihäutungensindsiereifundverpuppensichnacheinigentagen Puppenruhe sprengen sie den Deckel der Puppe ab und eine erwachsene Fliege schlüpftvondereiablage,überdaslarvenstadium,bishinzumschlüpfenbeträgtdie Entwicklungszeit etwa zwei bis drei Wochen 183 Dieses bewegliche System ist der verteiltennachgiebigkeitdurchdehnungzuzuordnen o ZusammenhangForm Funktion Aktuatorik SensorikEsisterstaunlich,welche Lösungen die Natur gefunden hat, um Probleme zu lösen Die Hydraulik ist ein sehr simpler Mechanismus, wie man bei den Deckelschlüpfern sehen kann Diese Schlüpfvariante hat sich bewährt Einerseits ist die Hydraulik in der Entpuppung wesentlichundandererseitbeideraushärtungdeskörpers 183 UraniaTierreichInsekten,KGünthert,S13 74

76 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik SchwarzerKiefernprachtkäfer Abb105SchwarzerKiefernprachtkäfer Abb106MechanorezeptorenzurRegistrierungvonIRXStrahlung o Allgemeine Information Der Schwarze Kiefernprachtkäfer (Melanophila(acuminata( ist weit verbreitet und ist als feuerliebend bekannt Dies weil die adulten Käfer auf Waldbrände angewiesen sind, da sie ihre Larven in verbrannte oder noch glimmende Bäume legen Durch extrem empfindliche Infrarotsensorik können die schwarzen KieferprachtskäferWaldbrände hören 184 o FunktionInfrarotmessung(Umsichfortzupflanzen,brauchensieWaldbrände,welche sie zuerst orten müssen Dazu haben sie ein durch Hydraulik betriebenes Sensoriksystem,dasWaldbrändedurchInfrarotmessungenregistriert 184 http//dewikipediaorg/wiki/schwarzer_kiefernprachtkäfer 75

77 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Abb 107 Funktionsweise eines IRX Rezeptors( o Aktuatorik Hydraulik( und( Sensorik( In den Mechanorezeptoren, welche Druckschwan& kungenregistrieren,werdenwärmereizezuerst in Druckerhöhung umgewandelt Im Druck& behälter(abb 107, 1 befindet sichganz wenig Wasser, das sich bei Infrarotbestrahlung und weiteren bestimmten Wellenlängen (3 µm Wellenlänge, also typisch für Waldbrände und zusätzlich über die Cuticula (3 erwärmt Es dehnt sich schlagartig aus und der Druck wird erhöht (2 Dadurch wird die Dendritenspitze des Mechanorezeptors (! verformt, was zur AusschüttungvonIonenführtDieseSpannungs& änderung registriert der Käfer Da das System hydraulischfunktioniert,nimmtderkäferinnert tausendstel Sekunden die Infrarotstrahlung wahr In der Abb 106 sind viele Mechano& rezeptoren in der Vertiefung auf der Unterseite des Käfers zu sehen In der Abb 107 wird ein Mechanorezeptor im Querschnitt dargestellt 185,186,187 ( o Sensorik Die Käfer werden durch Rauch, wecher über die chemischen Sinnesrezeptoren geortet wird, über aktuelle Waldbrände informiert Auch weit entfernte Brände können lokalisiert werden Und wie oben bereits erläutert, können diekäferdurchhitzebedingtevolumenveränderungdiewaldbrändeorten o Bewegungsfreiheit Xintervalle DieKiefernprachtskäfergehenwährendderEiablage inwaldbrandgebietedierezeptorenarbeitenmitderverteiltennachgiebigkeitdurch AusdehnungvonWasser o Zusammenhang Form Funktion Aktuatorik Sensorik Diese IR&Sensorikist einzigartigundwarbisvorkurzemnochunerforschtderkäferistperfektangepasst, sosindzbdieir&sensorenuntenamkörperangebracht,dietierekönnensoimflug Waldbrände orten Es wurde bereits ein Patent für diesen mikrohydraulischen IR& RezeptorvonderUniversitätBonnangemeldetBionikerwollenneueBrandmeldermit diesemir&systementwickeln,ersteerfolgewurdenbereitserzielt http//www3uni&bonnde/pressemitteilungen/kaefer&hoert&wenn&es&brennt 186 http//www3uni&bonnde/pressemitteilungen/133& http//wwwbionikuni&bonnde/bionik&projekte/infrarotsensoren/funktionsweise& der&ir&rezeptoren 188 http//wwwscinexxde/wissen&aktuell&4597&2006&04&18html 76

78 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 AndieserStelleistnocheinweitererhydraulischerMechanimuszuerwähnen,welcher mangelsinformationennichtweiterrecherchiertwerdenkonnte Abb108SaugrüsseldesSchmetterlings Abb109SchemadesSaugrüssels o Vermutet wird, dass Schmetterlinge den Saugrüssel mit einem hydraulischen Mechanismus ausrollen, wobei im Innern der Blutdruck erhöht wird, welcher die Muskeln anregt (Abb 109 Dazu dürfte wieder die verteilte Nachgiebigkeit eine Rollespielen 77

79 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Interpretation Diskussion Schlussfolgerung In diesem Kapitel werden die erkannten hydraulischen Systeme der Versuche ausgewertet und interpretiert Es wird nicht auf jedes einzelne untersuchte System eingegangen, mehr sollen allgemeine hydraulische Bewegungsprinzipien gefunden werden, welche später für die technische Anwendung interessant sind (s Kapitel( 9( Anwendung An verschiedenen Stellen dieses Kapitels wird die Leitfrage beantwortet Ihre Vielschichtigkeit bedingt die Betrachtung aus verschiedenen Perspektiven und die gleichzeitigeberücksichtigungmehrereraspekte In der Diskussion( 82 werden die Ergebnisse kritisch beurteilt und mit der Schlussfolgerung( 83 werden mögliche weitere Fragestellen resp wird der Forschungsbedarfaufgezeigt 81 AuswertungundInterpretation SowohlindertheoretischenEinleitung(sDiagramme1und2,wieinderpraktischen Arbeit wurde verdeutlicht, wie verbreitet bei den Arthropoden das hydraulische System ist Die meisten Gliederfüssler nutzen ihre eigene Körperflüssigkeit als hydraulischesdruckmitteldieserweistsichalsvielseitigundmultifunktional,wasden unterschiedlichenbedürfnissenentgegenkommtfolgendetierbeispieleverdeutlichen dies & Spinnen nutzen die Hämolymphe, um ihre filigranen Beine strecken und schnell bewegenzukönnendurchplötzlichedruckerhöhungkönnensiesogarherumspringen DieserVorgangistdurchMuskelarbeitreversibel & Bei den Heimchen dient die Hämolymphe zur Bewegung ihrer langen Antennen, die mitvielensinnesorganenausgestattetsindderhydraulischedruckkanndabeivariiert werden &DieLibellennutzenihreKörperflüssigkeitsehrvielseitigEinerseitserweistsieeinen grossendienstbeimschlüpfenundaushärtendesneuenexoskelettsundihrerflügel Andererseits spielt die Hämolymphe bei extrem schnellen Bewegungen ihrer FangmaskeeinewichtigeRolle &AlleDeckelschlüpferwiebeispielsweisedieFliegen,aberauchSchmetterlinge,können nur dank hydraulischem Druck schlüpfen und analog den Libellen ihr vergrössertes ExoskelettunddieneuentwickeltenFlügeldamitaushärtenlassen SchmetterlingenkönnenzusätzlichihrenSaugrüsseldurchhydraulischenLymphdruck ausdergerolltenruhephaseausstrecken,umandenverstecktennektarzugelangen 78

80 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 EineanderehydraulischeMethode,umsichzuvergrössernistosmotischbedingtund kommtnurbeitieren,dieimwasserlebenvor &DieGarnelenutztbeidenmehrmaligenHäutungenwährendihresLebensdieOsmose Sie lässt Wasser in den Körper eindringen, um durch die Druckerhöhung sich zu vergrössernbisdasneueexoskelettausgehärtetist & Weil die Libelle einen grossen Teil ihres Lebens als Larve unter Wasser verbringt bedientauchsiesichderosmotischenvergrösserung Die Eiablage stellt ganz besondere Anforderungen an das Abdomen verschiedener Arthropoden & Bei den Heuschreckenweibchen dient der körpereigene Schaum als Druckmittel, um dasabdomenmöglichstlangzustreckenundsodieeiertiefgeschütztindenbodenzu legen Nach der Eiablage geht das Abdomen in den Normalzustand zurück Dieser reversible Prozess ist wichtig, damit das Weibchen sowohl möglichst viele Eier gleichzeitig entwickeln kann als auch sich wendig bewegen kann, wenn sie nicht trächtigist & Das Abdomen der Termiten& und Ameisenköniginnen wird gedehnt, damit die Eier wieineinembrutkastenheranreifenkönnen DasAbdomendientnichtnurfürdieEntwicklungvonEiern,sondernkannauchfürdie SpeicherungvonNahrunggenutztwerden & Extrem gut ausgeprägt ist dieses reversible hydraulische System bei den Honigtopfameisen Im dehnbaren Abdomen wird die Zuckerflüssigkeit gelagert, um damit das hungrige Volk zu ernähren Die Reversibilität ist besonders gut ersichtlich Gehen sie auf Nahrungssuche sind sie klein und wendig, kommen sie mit prall voll gefülltemabdomenzurückzumvolkkönnensiesichkaummehrbewegen &InunserenBreitengradenweitbekanntereBeispielefürdieSpeicherungderNahrung im Abdomen sind die Mücken und Zecken Sie saugen sich bei ihrer Blutmahlzeit voll undernährensichnochlangedavon Als Spezialfall kann man die Leistung des schwarzen Kiefernprachtkäfers bezeichnen MitseinenspezialisiertenInfrarotrezeptorenkannerWaldbrändeorten 79

81 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 AbschliessendwerdenindiesemKapiteldieobenzusammengefasstenErgebnissemit wesentlichenthemenweitererliteraturrechercheverglichen HämolympheIndieserArbeitkonntenachgewiesenwerden,dassdieHämolymphein hydraulischen Systemen für die Bewegungsabläufe verantwortliche ist Des weitern übernimmt sie als meist farbloser Blutersatz folgende Aufgaben Transport der Nährstoffe, Hormone und Stoffwechselprodukte, Temperaturausgleich und WundverschlussDabeidenArthropodeneinoffenesBlutsystemvorliegt,vermischen sich die Flüssigkeiten Darum wird die Hämolymphe oft als Blut der Gliederfüssler bezeichnet 189,190,191 Hydroskelett Der Fokus dieser Arbeit liegt bei den Hydroskeletten, bei welchen die Bewegung durch Hydraulik erzielt wird Dieses wird als die älteste Skelettform bezeichnet 192 ErstspäterhabensichMuskelskelett&Systemeentwickelt,umdenKörper zubewegen 193 DieGliederfüsslernutzendieseseinfacheundursprünglicheSystemsehrvielfältigwie belegt wurde Die Spinne hat an ihren Beingelenken zusätzlich einen Beugemuskel, welcher als Gegenspieler zur inneren Körperflüssigkeit arbeitet Daraus resultieren effektiveundenergiersparendelaufbewegungenundsprünge 194 SpeicherungelastischerEnergieWiebeidenHeuschreckennachgewiesen,kannihre Membran durch die Dehnung elastische Energie speichern Der Aufbau und die ZusammensetzungdieserMembranspielendabeieineentscheideneRolle AlsweiteresBeispielkanndieSpinneerwähntwerden,beiwelcherdasGelenkdurch Hydraulik überspannt wird Nimmt der hydraulische Druck ab, schnellt das Gelenk zurückunddasbeinwirdangezogenelastischestrukturensindkleinunddarumplatz& undenergiesparendundtrotzdemvielseitigundeffizient 195 Negative Punkte der Hydraulik Bei der Hydraulik wird vergleichsweise viel Flüssigkeit gebraucht und es wird viel Stoffwechselenergie benötigt, um die hydraulischeflüssigkeitunterdruckzusetzendeshalbistdaszusammenwirkenvon Muskulatur,Stoffwechsel,DurchblutungundSkelettentscheidend 196, http//enwikipediaorg/wiki/hemolymph 190 http//vogelspinnenforumch/lexicon/indexphp/entry/199&hämolymphe/ 191 http//dewikipediaorg/wiki/hämolymphe 192 Zoologie,vonRüdigerWehner,WalterJakobGehring,S379& http//wwwmhtwk& leipzigde/~m6bast/rvlevolution/121107rvlevolutionfrankfurterevolutionstheoriegu dopdf 194 http//dewikipediaorg/wiki/hydroskelett 195 http//wwwbiology&resourcescom/insect&structurehtml 196 Tierphysiologie,vonChristopherDMoyes,PatriciaMSchulte,S621& BiologieEinLehrbuch,hrsgvonGerhardCzihak,HLanger,HZiegler,S473&485 80

82 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Diskussion Wie in der Einleitung betont, baut die Bionik auf der Zusammenarbeit verschiedener Fachrichtungen In dieser Maturarbeit wurde der Schwerpunkt auf biologische Betrachtungen gelegt, da diese von meiner Ausbildung abgedeckt sind Aspekte der Abstraktion und der technischen Umsetzung konnten ansatzweise nur mit Dipl&Ing GundulaSchiebervomTechnischenInstitutderUniversitätStuttgartdiskutiertwerden Bionik ist als Wissenschaft noch sehr jung und wenig verbreitet, so dass nur wenige Gesprächspartner vorhanden sind Mit der zusätzlichen Spezialisierung auf das hydraulische System der Arthropoden konnte auch kaum Fachliteratur gefunden werden Einzelne wesentliche Aspekte, welche die Leitfrage betreffen, mussten auf verschiedensten Wegen zusammengetragen werden Diese erforderliche Recherche gestaltetesichextremaufwändigdienotwendigenergebnissewarenaberbedingung fürdiepraktischenuntersuchungen Aufgrund dieser Arbeit scheint es, dass Arthropoden noch wenig erforscht sind im Vergleich beispielsweise zu den Wirbeltieren Dies musste ich erfahren, weil ich unzähligemaleauchinderfachliteraturkeineansatzpunktefürmeinefragestellungen finden konnte Sogar Fachgespräche mit dem Insektenspezialisten wie Prof Dr D BurckhardtderUniversitätBaselzeigtenmirdieGrenzenmeinerArbeitauf UminderForschungüberhydraulischeSystemevonArthropodenweiterzukommen, müsstenneuewegeeingeschlagenwerden,welcheinder83(schlussfolgerungerwähnt werden Ein weiteres Problem bestand in der Beschaffung der Versuchstiere Es konnten nur viergeeignetearthropodenerworbenunduntersuchtwerdendaweiteretierenicht zurverfügungstanden,konntediesepraktischnichtweiteruntersuchtundnurmittels derspärlichenliteraturbeschriebenwerden Die Ergebnisse zur Steifigkeit der ISM und der Sklerite der Wüstenheuschrecke mit demafmmüssenkritischbetrachtetwerdendadercantilevernurgerade200nmtief indieprobeneindringt,kannerauchnurdieobersteschichtmessendieprobensind abervieldickermangelsweitereruntersuchungenkannnichtabschliessendbeurteilt werden,wiesodieismsteiferistalsdasskleritvielleichtgibteseinengutengrund, warumdieobersteschichtderismsehrhartistfürweitereuntersuchungenmussein steiferer Cantilever verwendet werden, welcher tiefer in die Proben eindringen kann Die geringe Rauheit der ISM und Sklerite ist wahrscheinlich wichtig, dass sich das AbdomenmitwenigReibungbewegenkann Innerhalb dieser Maturarbeit einen Prototyp mit den erforschten hydraulischen Systemenzuerstellen,konnteausdenobengenanntenGründennichterreichtwerden Dieses Vorhaben sprengt den zeitlichen Rahmen dieser Arbeit und verdeutlicht, die Notwendigkeit an Forschung und Entwicklung innerhalbderbionikhierliegtalso nocheingrossespotentialfürdiezukunft 81

83 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Schlussfolgerung Vorliegende Maturarbeit beschäftigt sich wie in der Einleitung erwähnt mit einem interdisziplinären Thema, das nicht nur Forschungsarbeit braucht, sondern auch Impulse von der Anwenderseite Bionische Umsetzungen profitieren von der Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen, welche aber auch aufwändig und kostspieligseinkönnen DieseArbeitzeigtauf,dassfolgendeForschungennochnotwendigsind Wiesiehtdiechemische Zusammensetzung der Sklerite und Membrane aus? Dazu ist eine chemische Stoffanalyse erforderlich Hilfreich ist dabei die EuropeanChitinSociety,dieAnsätzeinderChitin&Forschungkoordiniert 198 Die EigenschaftenundLeistungenderCuticulakonntenbisheutenichtannähernd erreichtwerdendarumsindweitereforschungennötig DesweiternmussdashochelastischeMaterialResilinuntersuchtwerden,umes künstlichherzustellenunddertechnikzurverfügungstellenzukönnen Forschung an Verbundstoffen ist zentral, da sie analog des Exoskeletts verschiedenen Ansprüchen dienen und somit in der Technik vielseitig angewendetwerdenkönnen Röntgenaufnahmen von Tierensindnützlich, um die Hydraulik zu orten So wurde im PSI mit Synchotronaufnahmen das Innere eines fliegenden Insekts währenddesflugessichtbargemacht 199 MöglicherweisesindinderMaterialwissenschaftunddemIngenieurwesendieVorteile der Bionik noch zu wenig bekannt, so dass der Bedarf von dieser Seite eher selten formuliert wird Diese Impulse wären aber wiederum hilfreich, damit die NaturwissenschaftlerInnen möglichst problem& und lösungsorientierte Vorschläge unterbreitenkönnen 198 http//wwweuchisorg 199 http//wwwpsich/media/3&d&film&zeigt&das&innere&fliegender&insekten 82

84 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Anwendung 91 Architektur DieBegriffe Bau&Bionik, Architektur&Bionik oder NatürlicheKonstruktionen deuten auf eine bionische Umsetzung im architektonischen Bereich hin Form, Struktur und Funktionalität der Natur werden bei der Planung und Umsetzung von Bauwerken immer häufiger berücksichtigt Denn die bionischen Gegebenheiten sind gut an die Umweltbedigungen angepasst und decken die aktuellen Bedürfnisse punkto Nachhaltigkeitgutab 200 Systeme zum Öffnen, Verstellen und Schließen sind heutzutage in der Architektur allgegenwärtigihremechanikbasiertzumeistaufderkopplungstarrerbauteiledurch Gelenke Probleme dieser wandelbaren Strukturen sind dabei vor allem die hohe mechanischekomplexitätunddiedamitverbundenenkostenfürherstellung,wartung und Instandhaltung Bedingung für den Dauereinsatz solcher wandelbarer KonstruktionenistimmereinerfolgreichesZusammenspielallerKomponentenIstein Gelenk defekt, kommt das System zum Erliegen Die mechanische Komplexität nimmt beigebäudeformenmitnicht&planarergeometrieerheblichzu BeidenwirbellosenTierenfindetmaneineVielzahlvonBewegungsmechanismen,die sich an komplexe geometrische Situationen anpassen und dennoch ganz auf mechanische Komponenten verzichten Dies wird erreicht, indem sie die Nachgiebigkeit ihrer Komponenten ausnutzen und mehrere Funktionen in einem Werkstoff integrieren Diese multifunktional nachgiebigen Mechanismen unterliegen einer Reihe von Anforderungen wie Robustheit, energieeffiziente Kinematik und sparsamer Umgang mit Ressourcen Die genau gleichen Kriterien sind auch für das umweltbewusstebauenvonzentralerbedeutung DieExoskelettstrukturderuntersuchtenArthropodenbestehtauszweiverschiedenen Bestandteilen mit ungleichen Eigenschaften, dem harten Sklerit und der flexiblen Membran Genau dieser Unterschied macht architektonische Konstruktionen mit Falten&,Schalen&undMembranstruktureninKombinationderHydraulikinteressant MobileKonstruktionen,welcheanalogdemExoskelettweicheundfesteTeilebesitzen und zb bei Zelten verwendet werden, zeichnen sich durch leichte und schnelle Handhabung aus, welche für die Veränderung des Standorts essentiell sind Notunterkünfte, Militär& und Festzelte, Ausstellungs& und Restaurantpavillon bieten Witterungsschutz vor Sonne und Regen Sie sind billig, haben geringe Material& und Montagekosten, sind beweglich, gut transportierbar, anpassungsfähig, schnell und unkompliziert aufbaubar und bedienbar, demontierbar und wiederverwendbar und habeneinegrosseformvielfalt WandelbareDächerundFassadenschützenebenfallsvorWitterungseinflüssenDasich diewitterunglaufendändert,sindsieinderarchitekturbeliebt &Bauart(Membrankonstruktionen&steifeKonstruktionen &Bewegungsart(Raffen,Rollen,Schieben,Drehen,Klappen 200 ArchitekturundBionik,JSLebedew,S5&18 83

85 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 &Bewegungsrichtung(Parallel,Zentral,Zirkulär,Peripher Einerseits können durch die Hydraulik grosse Kräfte übertragen und vielseitige Arbeitenausgeübtwerden,andererseitswirdsiealsLärm&undWärmedämmmaterial verwendetsoistwasserinstabilenbehälterneinzukunftsorientiertesbaumaterial DieMembranensindbiegbar,passensichgutanundkönnenelastischseinSienehmen nur Zugkräfte auf und üben keine Druckkräfte aus, deshalb müssen sie einen Gegenspieler haben In Kombination von Hydraulik und Membranen ist dieser Mechanismusvielseitigverwendbar In der Architektur werden hydraulische Gelenke und Membrankonstruktionen teilweise schon angewandt Doch ihr Potential ist noch lange nicht ausgeschöpft Wichtigist,dassdieBeziehungvonFormundFunktionabgestimmtist,wiediesbeiden ArthropodenderFallistDieAnfälligkeitvontechnischenStrukturenkannvermindert werden, indem möglichst wenig unterschiedliche Materialien kombiniert werden Mit der Multifunktionalität von Bauteilen, sowie der Selbstregeneration von Materialien könnteninderarchitekturneuekonstruktionenentwickeltwerden In den untenstehenden Skizzen liess ich mich von den untersuchten Arthropoden inspirierenlinkssinddiekonstruktionenimmerinnormalemzustandzusehenund rechts sind die Konstruktionen in vergrössertem Zustand Die schraffierten Flächen stellenhartetragkonstruktionendardieweissenflächenstellendiemembranendar, welcheweichundteilselastischsindallekonstruktionenlassensichdenumständen entsprechendvergrösserndieformfolgtimmerderfunktion a Die Idee für diese Konstruktion a stammt vom Heuschreckenabdomen, welches sich sowohl in der Länge als auchinderhöheundbreiteverändern lässt Die Membranen müssen nicht zwingend elastisch sein Die Höhe der starren Bauteile kann auch gleich b grosssein b Auch hier ist das Zusammenspiel von steifen Konstruktionen und den dazwischen liegenden elastischen Membranen interessant Diese Konstruktion kann natürlich auch in Halbkreisform vorliegen Die Rück& stellkraft der Membranen lässt diese Konstruktion schnell und einfach c versorgen c Das Prinzip dieses Mechanismus basiertaufdergleichenideewiebeia Die Bauteile können untereinander geschoben werden und brauchen so wenig Platz Beim Herausziehen 84

86 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 werden die Membranen sichtbar und vergrösserndiekonstruktion d Die segmentierten Ameisenpanzer d standen als Vorbild für diese Kon& struktion Doch sollen die harten und schützenden Segmente oben bleiben und nicht wie bei den Ameisen verteilt werden So könnten Wassertanks gebaut werden, die sich ihrem Wasservolumen anpassen und sich selbstschützen,wasinheissenländern vonvorteilist Abb110BionischeSkizzenvonMembrankonstruktionen 85

87 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Robotik WoesfürdieMenschenzugefährlichwirdodereinGebietnurschwerzugänglichist, könnenroboter erste Erkundungen sowie Such& und Rettungsaktionen durchführen So sollen Roboter beispielsweise nach einem Unglück zukünftig das Gefahrengebiet erkundendieentwicklungenlaufenaufhochtourendamitdiesmöglichist,müssensie selbständig Hindernisse überwinden, Steigungen erklimmen und sich auf einem unstabilenuntergrundbewegenkönnentraditionellemechanismenwieraupenoder Räder kommen in solchen Fällen schnell an ihre Grenzen Darum müssen neue MechanismenuntersuchtundentwickeltwerdenVoraussetzungist,dassdieRoboter leicht und wendig sind Bewegungsmechanismen, welche durch die Hydraulik angetrieben werden, sind deshalb hoch interessant Durch die Multifunktionalität können sie sich verschiedensten Bedingungen anpassen Im Wasser könnte die Hydraulik gut genutzt werden und an Land die Pneumatik Bei AKW&Unfällen wären hydraulischbetriebeneschwimmrobotersicherlichsehrinteressant Herr Ijspeert, Leiter des Bioniklabors, und sein Team der ETH Lausanne untersuchen zur Zeit Bewegungsmöglichkeiten für eine neue Robotergeneration Präzise Bewegungen könnten mit dem Prinzip der hydraulischen Spinnenbeingelenke ausgeführt werden Mit IR&Sensorenausgestattete Roboter können Informationen zu BrändenliefernFallsdieRoboterProbennehmenmüssensindvolumenveränderbare Bauteilesinnvoll 201,202 In der Robotik ist das Zusammenwirken von hydraulischen Gelenken und Membrankonstruktionen bereits bekannt Doch könnten durch die vertiefte Analyse von Arthropoden neue Erkenntnisse gewonnen und umgesetzt werden Durch die meist sehr speziellen Anforderungen der Roboter ist die Anfälligkeit hoch und entsprechend gilt es, Aspekte der Multifunktionalität und Selbstregeneration zu berücksichtigen Innovationen stehen auch bei der Energeiversorgung der Roboter noch an so könnten durch die geschickte Nutzung der Hydraulik in Kombination mit erneuerbarenenergieformenneueanwendungengeschaffenwerden Abschliessend kann festgehalten werden, dass es auch in der Robotik gilt, natürliche Vorbilder wie zb die Arthropoden für technisch ausgereifte Erfindungen zu nutzen Dabei spielen uadie Veränderbarkeit des Volumens und die Beweglichkeit der Hülle mittelshydrauliksowiemultifunktionalebauteileeineentscheidenderolle 201 https//wwwfraunhoferde/de/presse/presseinformationen/2011/november/high tech&spinnehtml 202 http//wwwleggedroboticsethzch/lib/exe/fetchphp?media=20min_wissenpdf 86

88 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik WeitereAnwendungen DiegleichenProbleme,welchedieArthropodenzubewältigenhaben,stellensichauch in der Technik Es geht darum, eine ausgewogene Balance zwischen Schutz und Beweglichkeit resp Schutz und Stabilität, zwischen Leichtigkeit und Effizienz, sowie vonverschleissundlanglebigkeitzufinden Die Materialwissenschaft, die sich durch die Bionik inspirieren lässt, hat bereits Membranenentwickelt,diefürgrosseBelastungengeschaffensind,undtrotzdemüber einelangenutzungdauernichtkaputtgehengenaugleichwiebeidenheuschrecken Um die Hydraulik in die Materialwissenschaft zu integrieren, müssen zusätzliche AnforderungenanMaterialienbeachtetwerden Derzeit entstehen neue Impulse in der Materialwissenschaft, weil für das endliche Rohöl neue Materialien gefunden werden müssen So gibt es inzwischen marktreife Biokunststoffe, welche nicht nur die herkömmlichen Produkte ersetzen, sondern für neue Anwendungen in der Umwelttechnik eingesetzt werden können 203,204 Auch das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE der Universität StuttgartistanvordersterFrontandiesenEntwicklungenbeteiligtWeiterwirdanden Materialien Carbon und Glasfasern geforscht Die Zukunft der Materialwissenschaft sinddiefaserverbundwerkstoffe Die Eigenschaften des Material Chitins selber konnten bis heute noch nicht nachgemacht werdeneineinteressanteerfindungistdagegen Crabyon,einVerbundwerkstoffausChitinder KrabenschaleundCellulose 205,206 EinweiteresneuesMaterialstelltShrilkdar,das aus Chitin der Garnelenschalen und Proteinen der Seide besteht Es wurde bionisch inspiriert aufgrund der Insektencuticula und ist flexibel, transparent und so stark wie Aluminium, aber halbsoschwer 207 Abb111AusShrilkhergestellterBioplastik 203 http//wwwgoogleit/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0cceqfj AA&url=http%3A%2F%2Fwwwitkeuni& stuttgartde%2fdownloadphp%3fid%3d596&ei=oauovzjihjhqar2zgjgf&usg=afqjc NHhWor&K2YGINpNXhfqSCZYexoYKA&bvm=bv ,dd2s 204 http//wwwbio& prode/biopolymere/artikelliste_biopolymere/indexhtml?lang=de&artikelid=/artikel/ 05156/indexhtml 205 http//wwwcrabyonit/whatishtml 206 http//wwwswicofilcom/products/055chitosanhtml 207 http//enwikipediaorg/wiki/shrilk 87

89 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Die technische Herstellung von einem Stoff mit den vielseitigen Eigenschafften von Chitin wäre sehr vorteilhaft Das ITKE ist damit beschäftigt, eine steifigkeitsgradierte Faserverbundstruktur zu entwickeln Mit Hilfe der Faserverbundtechnologie ist es heutemöglich,einmaterialmitlokalunterschiedlichensteifigkeitenzurealisieren,wie diesbeidenarthropodenvorhandenistdabeikönnenunterschiedlicheharze,fasern unddieverarbeitungderfaserndiesteifigkeitbeeinflussen Flectofin ist ein wandelbarer Sonnenschutz für Gebäude nach dem Vorbild der Pflanze Strelitzia( reginea( Da das Material nur gefaltet wird, braucht sie keine wartungsintensiven und verschleissanfällige Gelenke 208, 209, 210 Auch die Arthropoden weisen eine grosse Vielfalt an Knick&, Falt& und Biegetechniken auf Der Mechanismus des volumenveränderbaren und beweglichen Abdomens durch spezielle Segmentierung kann der Ausgangspunkt für diverse technischeerrungenschaftendarstellen Abb112Flecofin LeichteKonstruktionensindvainderRaumfahrtvongrossemVorteil,darumkommen Falt&,Knick&,undBiegetechnikenmitMembranenoftzumEinsatzDieKombinationvon Hydraulik und Pneumatik ist in weiteren AnwendungsgebietensehrinteressantSohaben zwei Mastserstudenten an der Universität Münster zb Inflatables, aufblasbare Luftkissen, als Grundbausteine entwickelt, die durch verschiedene Fixierungen zu Notunter& künften, Ausstellungspavillons oder einfach zu robusten Sitzmöbeln zusammengefügt werden können 211 Abb113Inflatables 208 http//wwwsimonschleichercom/flectofin_bremenpdf 209 http//wwwstr&ucturecom/was/forschungsprojekte/reference/bionische& fassadenverschattung&flectofin/ 210 http//wwwgoogleit/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0cccqfj AB&url=http%3A%2F%2Fwwwitkeuni& stuttgartde%2fdownloadphp%3fid%3d486&ei=zwyovab5m47gajemgzgo&usg=af QjCNF34fr8vo68PNGzKlTLtKWCn9uYJQ&bvm=bv ,dd2s 211 https//hzhmwordpresscom/tag/inflatable/ 88

90 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Auch für den praktischen Alltag werden immer mehr Gegenstände mit Falttechnik entwickeltdievorteilevonvolumenveränderbarengegenständensindoffensichtlich Abb115VolumenveränderbareReisekoffer Abb114Volumenveränderbare Trinkflaschenmit Faltkonstruktion Abb116FaltkonstruktionimTram Eine weitere Faltkonstruktion ist in der nebenanstehenden Abbildung zu sehen, in welchemeingelenkeinesbaslertramszusehen ist Dieses Faltgelenkerlaubt es, dass die langen TramsmitihrenWaggonsumdieKurvekommen 89

91 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Danksagung BedankenmöchteichmichalserstesbeimeinemBetreuer,HerrDrCvonWeymarn ErhatmichwährenddergesamtenArbeitunterstütztundmirTippsgegeben Ein grosser Dank geht an Frau Dipl &Ing Gundula Schieber von der Universität Stuttgart,siehatmichaufdiesespannendeFragestellunggebrachtundmiramAnfang in vielen Diskussionen gute Tipps und Ideen gegeben Für Makrofotografie und die Mikroskop&Aufnahmen durfte ich auf die technische Unterstützung der Universität Stuttgart am Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE zählenherzlicherdankgiltauchfrauisabellschmauder,welchemireineeinführung indietechnikdermakrofotografieunddesmikroskopierensgab Für die Lichtmikroskop& und Rasterelektronen&Aufnahmen bedanke ich mich herzlich beifrauevibielerundderuniversitätbaseldieatomicforcemicroscope&aufnahmen durfteichmitherrnphdphilippoertle,ebenfallsvonderunibaseldurchführen Ein Dank geht auch an den Zoologischen Garten Basel, wo ich kostenlos europäische Wanderheuschreckenbeziehenkonnte Weiter bedanke ich mich bei meiner Familie und meinen Freundinnen und Freunden für die Unterstützung undmotivation, welche sie mir gegeben haben Sie haben mich nieimstichgelassenundmirneuenmutgegeben,auchwennesmanchmalschwierig war Bei meiner Schwester Caroline bedanke ich mich für die Mithilfe auf der Suche nach Saftkuglern Meinem Bruder Jean&Claude danke ich für die technische Hilfe am Computer FürdasKorrekturlesenbedankeichmichbeiHerrnDrFrancisCordillot,Entomologe ambafu,undmeinermuttergabrielagraf,alsbiologin Diese Maturarbeit hätte ohne die Hilfe all dieser Personen nicht in dieser Form entstehenkönnen Danke,dassichimmeraufeuchzählenkonnte Marie&ClaireGraf 90

92 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Das Thema der Maturarbeit hat mir eine neue Sichtweise auf die Natur eröffnet So habeichindenferienaufsizilienaufeinerwanderungimnaturschutzgebietzingaro aufetwa300müminsandigemuntergrundeinenkäfermitextremgrossemabdomen gefundeneshandeltsichumeinenmediterranenölkäferderfamiliemeloideaundder Gattung Meloe Leider bleibt mir keine Zeit diesen Käfer genauer zu untersuchen Ein interessanter Aspekt ist, dass der Käfer aus seinen Gelenken giftige Hämolymphe zur Abschreckung ausstossen kann, sogenanntes Reflexblut von Cantharidin Also eine weitereaufgabederhämolymphe Ichdenke,dassichmitdieserArbeiteinneuesKapitelinmeinemLebengefundenhabe, unddassdiesefragestellungenmichnochweiterbeschäftigenundfaszinierenwerden Abb117MediteranerÖlkäferaufSizilien Abb118MediteranerÖlkäferaufSizilien 91

93 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Quellenverzeichnis 111 Literaturverzeichnis ALDERSEY&WILLIAMS,HUGH(2003zoomorphicnewanimalarchitecture,Laurebce KingPublishing,oO BLICKHAN,REINHARD/SERGEYPETKUN/TOMWEIHMANN/MICHAELKARNER (2005AutonomesLaufen,schnelleBewegungenbeiArthropodenStrategienund Mechanismen,Springer,Berlin/Heidelberg BOSCHGROUPREXROTH(2013Hydraulik GrundlagenWissenkompakt,Bosch RexrothAG,Drive&ControlAcademy,Würzburg BURKHARDT,BERTHOLD(1984DiatomeenISchaleninderNaturundTechnik,Karl KrämerVerlag,Stuttgart(InstitutfürleichteFlächentragwerkeIL28,Universität Stuttgart CHINERY,MICHAEL(1973InsektenMitteleuropasEinTaschenbuchfürZoologen undnaturfreunde,ausdemenglischenübersetztundbearbeitetvondrirmgardjung unddrdieterjung,paulpareyverlag,hamburg/berlin DÖNGES,JOHANNES(1988Parasitologie,2Auflage,Thieme,Stuttgart/NewYork ENGEL,FRITZMARTIN(1966DasgrosseBuchderInsektenEineInsektenkunde, Keyser&Verlag,München ENNOS,AROLAND(2012SolidBiomechanics,PrincetonUniversityPress,oO FREI,OTTO(1995PneuundKnochen,KarlKrämerVerlag,Stuttgart(Institutfür leichteflächentragwerkeil35,universitätstuttgart FÜLLER,HORST(1994Urania&Tierreich/Wirbellose2,Urania&VerlagLeipzig,Jena/ Berlin GEILER;H(1979TaschenbuchderZoologieBdAllgZoologie,VEBGustavFischer Verlag,oO GREGUSS(1988PatentederNatur,Quelle&MeyerVerlag,oO GRUBER,PETRA(2011BiomimeticsinArchitecturearchitectureoflifeandbuildings, SpringerVerlag,Wien/NewYork GRUNER;HANS&ECKHARD(1993Urania&Tierreich/Wirbellose1,Urania&Verlag Leipzig,Jena/Berlin GULLANPJ/CRANSTONPS(2000TheInsectsAnOutlineofEntomology,2 Auflage,BlackwellScience,oO

94 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik GÜNTHER,KURT(1994Urania&Tierreich/Insekten,Urania&VerlagLeipzig,Jena/ Berlin HERTEL,HEINRICH(1963StrukturFormBewegungBiologieundTechnik,Krauskopf& Verlag,Mainz* HILL,BERNDProfDrphilhabil(1999NaturorientierteLösungsfindungEntwickeln undkonstruierennachbiologischenvorbildern,expertverlag,renningen&malmsheim HONOMICHL,KLAUS/BELLMANNHEIKO(1996BiologieundÖkologiederInsekten, FischerVerlag,Stuttgart HONOMICHL,KLAUS(2003InsektenDieheimlichenHerrscherderWelt,CHBeck Wissen,München JACOBS,WERNER/RENNER,MAXIMILIAN(1988BiologieundÖkologiederInsekten, FischerVerlag,Stuttgart/NewYork JODIDIO,PHILLIP(2006ArchitectureNature,PrestelVerlag,Munich,Berlin,London, NewYork KIRCHNER,WALTER(2007DieAmeisenBiologieundVerhalten,2Auflage,Verlag CHBeckWissen,München KNIPPERS,JAN/CREMERSJAN/GABLERMARKUS/LIENHARDJULIAN(2010Atlas Kunstoffe+Membranen,EditionDetail,München LEBEDEW,JS(1983ArchitekturundBionik,VEBVerlagfürBauwesen,Berlin NACHTIGALL,WERNER(2003Bau&BionikNatur Analogien Technik,Springer Verlag,Berlin/Heidelberg/NewYork/HongkongLondon/Mailand/Paris/Tokio NACHTIGALL,WERNER/BLÜCHEL,KURTG(2000DasgrosseBuchderBionikNeue TechnologiennachdemVorbildderNatur,DeutscheVerlags&Anstalt,Stuttgart/ München NACHTIGALL,WERNER(2002BionikGrundlagenundBeispielefürIngenieureund Naturwissenschaftler,2Auflage,SpringerVerlag,Berlin/Heidelberg NACHTIGALL,WERNER(2008BionikLernenvonderNatur,CHBeckWissen, München NACHTIGALL,WERNER/WISSER,ALFRED(2013BionikinBeispielen250illustrierte Ansätze,SpringerSpektrumVerlag,Berlin/Heidelberg NAPPO,DONATO/VAIRELLISTEFANIA(2010HomesontheMoveMobile Architecture,TandemVerlag/HFullmann NEVILLE,ANTHONYCDR(1975BiologyoftheArthropodCuticle,Springer&Verlag, Berlin/Heidelberg/NewYork

95 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 PRPIC,NIKOLA&MICHAEL(2004VergleichendeStudienzurGliedmassenentwicklung beiarthropoden,dissertation,köln PACLT,JDR(1956BiologiederprimärfluglosenInsekten,GustavFischerVerlag,oO RESH,VINCENTH,/CARDÉ,RINGT(2009EncyclopediaofInsects,2 nd Edition, AcademicPress,London SCHOPPMEIER,MICHAEL(2003Untersuchungzufunktionellkonserviertensowie divergentenmechanismendessegmentierungsprozessesderarthropodenambeispiel derspinnecupiennius(saleidissertation,köln SCHUMACHER,MICHAEL/SCHAEFFER,OLIVER/VOGT,MICHAEL&MARKUS(2010 movearchitekturinbewegung DynamischeKomponentenundBauteile,Birkhäuser VerlagAG,Basel/Boston/Berlin TOPHAM,SEAN(2001MoveHouses,Prestel,Munich/Berlin/London/NewYork VANDERREE,PIETER(2001OrganischeArchitektur,VerlagFreiesGeisesleben, Amsterdam/Stuttgart WEBER,HERMANN/WEIDNER,HERBERT(1974GrundrissderInsektenkunde,5 Auflage,GustavFischerVerlag,Stuttgart ZAHRADNIK,JIRI/SEVERA,FRANTISEK(1989DerKosmosInsektenführer,Franckh& KosmosVerlag,Stuttgart ZENTNER,LENAProf(2014NachgiebigeMechanismen,DEGruyter,Oldenbourg *EinesderausführlichstenBücherüberStruktur,Form,BewegungvonderBiologiein dietechnikumgesetztunddiesimjahre1963!nurschade,dassderhydraulische Mechanismusnichtbeschriebenundgetestetwurde 94

96 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Internetverzeichnis Universitäten Baselhttp//wwwbiozentrumunibasch/de/forschung/gruppen&plattformen/group/unit/lim/ ( Baselhttps//zmbunibasch/mitarbeitende/( Baselhttps//zmbunibasch/remtemlm/wissenswertes&ueber&das&raster&elektronenmikroskop/ ( Bonnhttp//wwwbionikuni&bonnde/bionik&projekte/infrarotsensoren/funktionsweise&der&ir& rezeptoren( Bonnhttp//www3uni&bonnde/Pressemitteilungen/133&2012( Bonnhttp//www3uni&bonnde/Pressemitteilungen/kaefer&hoert&wenn&es&brennt( Bremen/Stuttgart/Freiburghttp//wwwsimonschleichercom/Flectofin_Bremenpdf Freiburghttp//wwwbionik&onlinede/wp&content/uploads/2012/05/Lotus_01_Info1pdf(Plant BiomechanicsgroupFreiburg( Jenahttp//wwwuni&jenade/&p&287633html( Leipzighttp//wwwmhtwk& leipzigde/~m6bast/rvlevolution/121107rvlevolutionfrankfurterevolutionstheoriegudopdf ( Mainzhttp//wwwmuseunacionalufrjbr/mndi/Aracnologia/pdfliteratura/Martens/Martens% %20Grossgliederungpdf( Oldenburghttp//blogalumniuni&oldenburgde/?p=1107( Saarlandhttp//wwwuni&saarlandde/fak8/bi13wn/projekte/biomechanik/projects/dillingerhtm ( Stuttgarthttp//elibuni&stuttgartde/opus/volltexte/2008/3614/pdf/080728_Disse2_A5pdf(IBK2 ( Stuttgarthttp//wwwbio& prode/biopolymere/artikelliste_biopolymere/indexhtml?lang=de&artikelid=/artikel/05156/indexhtm l( Stuttgart http//wwwgoogleit/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0cceqfjaa&url=http%3a% 2F%2Fwwwitkeuni& stuttgartde%2fdownloadphp%3fid%3d596&ei=oauovzjihjhqar2zgjgf&usg=afqjcnhhwor& K2YGINpNXhfqSCZYexoYKA&bvm=bv ,dd2s( Stuttgarthttp//wwwstr&ucturecom/was/forschungsprojekte/reference/bionische& fassadenverschattung&flectofin/( Stuttgarthttp//wwwgoogleit/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CCcQFjAB&url=h ttp%3a%2f%2fwwwitkeuni& stuttgartde%2fdownloadphp%3fid%3d486&ei=zwyovab5m47gajemgzgo&usg=afqjcnf34fr8vo68p NGzKlTLtKWCn9uYJQ&bvm=bv ,dd2s( ZürichETH/LausanneEPFL http//wwwleggedroboticsethzch/lib/exe/fetchphp?media=20min_wissenpdf( Forschungsgruppen http//wwwcrabyonit/crabyonhtml( http//wwweuchisorg(european(chitin(society( http//wwwncbinlmnihgov/pmc/articles/pmc /(national(center(for(biotechnology( Information( http//wwwpsich/media/3&d&film&zeigt&das&innere&fliegender&insekten(psi( http//wwwsciencedirectcom/science/article/pii/ (elsevier,(autor(christian( Bordereau( http//wwwsenckenbergde/root/indexphp?page_id=1217(senckenberg(world(of(bioversity ( https//wwwfraunhoferde/de/presse/presseinformationen/2011/november/hightech&spinnehtml (Frauenhofer(

97 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Wikipedia http//dewikipediaorg/wiki/ameisen( http//dewikipediaorg/wiki/ameisen#typbestimmende_faktoren( http//dewikipediaorg/wiki/bert_hölldobler( http//dewikipediaorg/wiki/bionik( http//dewikipediaorg/wiki/chitin( http//dewikipediaorg/wiki/cuticula( http//dewikipediaorg/wiki/deckelschlüpfer( http//dewikipediaorg/wiki/europäische_wanderheuschrecke( http//dewikipediaorg/wiki/fühler_(biologie( http//dewikipediaorg/wiki/garnele( http//dewikipediaorg/wiki/gliederfüßer( http//dewikipediaorg/wiki/grätzel&zelle( http//dewikipediaorg/wiki/hämolymphe( http//dewikipediaorg/wiki/honigtopfameisen( http//dewikipediaorg/wiki/hydraulik( http//dewikipediaorg/wiki/hydroskelett( http//dewikipediaorg/wiki/integument_(zoologie( http//dewikipediaorg/wiki/johnstonsches_organ( http//dewikipediaorg/wiki/juvenilhormon( http//dewikipediaorg/wiki/kodex_über_den_vogelflug( http//dewikipediaorg/wiki/krebstiere( http//dewikipediaorg/wiki/libellen( http//dewikipediaorg/wiki/libellen( http//dewikipediaorg/wiki/mercedes&benz_bionic_car( http//dewikipediaorg/wiki/oothek( http//dewikipediaorg/wiki/parasitismus( http//dewikipediaorg/wiki/raupe_(schmetterling( http//dewikipediaorg/wiki/resilin( http//dewikipediaorg/wiki/schwarzer_kiefernprachtkäfer( http//dewikipediaorg/wiki/spinne( http//dewikipediaorg/wiki/termiten( http//dewikipediaorg/wiki/termiten#geschlechtstiere( http//dewikipediaorg/wiki/termiten#lebenszyklus2c_differenzierung_von_kasten( http//dewikipediaorg/wiki/verbindungstechnik( http//dewikipediaorg/wiki/werner_nachtigall( http//dewikipediaorg/wiki/wüstenheuschrecke( http//dewikipediaorg/wiki/zecken( http//dewwwwikidepiaorg/wiki/artenvielfalt( http//enwikipediaorg/wiki/hemolymph( http//enwikipediaorg/wiki/shrilk( YouTube https//wwwyoutubecom/watch?v=5lgqryj_bgo( https//wwwyoutubecom/watch?v=gojpko7xliy&list=pl2017a b37( https//wwwyoutubecom/watch?v=gojpko7xliy&list=pl2017a b37&index=3( https//wwwyoutubecom/watch?v=nombsm8kkji( https//wwwyoutubecom/watch?v=tajrllwe6nk( https//wwwyoutubecom/watch?v=xyh5csdf7lo( https//wwwyoutubecom/watch?v=zlqpu9a7qpe( Firmen http//wwwcrabyonit/whatishtml( http//wwwdaimlercom/dccom/0&5& &1& &1&0&0& &0&0&135&0&0&0&0&0&0&0& 0html( http//wwwlotusande/de/home/homehtml( http//wwwvelcrode( http//wwwvelcrode/indexphp?id=14(

98 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik InternationalesBionikzentrum http//wwwbionikzentrumde/defaultasp?nava=newsdetail&main=news&newsid=210( http//wwwbionikzentrumde/page_druckasp?nava=bionik&navb=geschichte&navid=3&editable=1 ( Weitere http//deacademicru/dicnsf/dewiki/528076( Academic( http//dewikibooksorg/wiki/haltung_von_süßwassergarnelen_häutung( http//insektoidinfo/fliegen/( http//netportalde/tiere/die&zucht&von&wanderheuschrecken/( http//skeletalphylumweeblycom/arthropodahtml( http//vogelspinnenforumch/lexicon/indexphp/entry/199&hämolymphe/( http//what&when&howcom/insects/anopheles&mosquito&insects/( http//wwwactiasde/19826&schmetterlinge&züchten&in&der&schulehtml( http//wwwbilder&der&naturde/showshtml(autorwernervoigt( http//wwwbiology&resourcescom/insect&structurehtml(autordgmackean( http//wwwdailymailcouk/sciencetech/article& /spectacular&images&reveal&locust&s& reproductive&organ&grows&twice&body&length&lay&100&eggs&deep&soilhtml(dailymailukonline ( http//wwwfocusde/digital/computer/chip&exklusiv/tid&10233/bionik&von&haifischhaut&inspiriertes& hightech_aid_306681html(universitätnottinham( http//wwwinsektenboxde/fibel/ent/( http//wwwlibellenwissende/wissen/dokumentation/libellenschlupf&metamorphose(autorandreas ThomasHein( http//wwwmhsoxacuk/staff/saj/thesis/bakerhtm(museumofthehistoryofscience,universityof Oxford( http//wwwmuseunacionalufrjbr/mndi/aracnologia/pdfliteratura/martens/martens%201986%20gr ossgliederungpdf(autorjoachenmartens( http//wwwnaturfotos&naeher&hingeschautde/kat5&3&springspinnenphp( http//wwwscinexxde/wissen&aktuell&4597&2006&04&18html(universitätbonn( http//wwwspektrumde/lexikon/biologie/begattungsorgane/7775&_druck=1( http//wwwspiegelde/wissenschaft/natur/gruene&hydraulik&forscher&entwickeln&bewegungslehre& fuer&pflanzen&a&357985html(universitätcambridge/harvard( http//wwwswicofilcom/products/055chitosanhtml( http//wwwwaldzeitch/nachhaltigkeit/oekologie/insekten/libellen/libellen&elegante&flugkunstler& gefrassige&rauber/(autorjakobforster( http//wwwweltde/wissenschaft/umwelt/article /macht&geheimnis&der&termitenkoenigin& gelueftethtml(universitätosnabrück( http//wwwweltderphysikde/detektor/physik&pur/die&graetzelzelle&eine&solarzelle&fuer&die&zukunft/ (AutorFelixLäderach( http//wwwwildbienende/wbi&p831htm( http//wwwwildbienende/wbi&r400htm( http//wwwwissende/lexikon/termiten( http//wwwwissenschaftde/leben&umwelt/biologie/&/journal_content/56/12054/ /das& Geheimnis&der&Spinnenklauen/( https//hzhmwordpresscom/tag/inflatable/(

99 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik Abbildungsverzeichnis ABB1HTTP//WWWLARICERCADIGIANNICOM/2012/11/LEONARDO&E&IL&CODICE&SUL&VOLO&DEGLIHTML6 ABB2HTTP//WWWXPEDEODE/MIT_LEO_LUFTIKUS_UND_LEA_LEXIKA_DURCHS_AERONAUTICUMHTML6 ABB3HTTP//WWWSCHWARZWALD&TOURISMUSINFO/SERVICE/ANREISE/MIT&DEM&FLUGZEUG&ANREISEN6 ABB4HTTP//WWWWILDFINDCOM/PFLANZEN/SCHEIBENSCHNECKENKLEE6 ABB5HTTP//WWWBIONIK&VITRINEDE/LEONARDO&DA&VINCIHTML6 ABB6HTTP//DEWIKIPEDIAORG/WIKI/HELISWISS6 ABB7HTTPS//PREZICOM/YPABLE6SLGBN/BIONIK/7 ABB8HTTP//WWWBIONIK&ONLINEDE/BOTTOM&UP&PROZESS/8 ABB9HTTP//WWWPRESSEDIENSTBREMENDE/SIXCMS/DETAILPHP?GSID=BREMEN183C2575DE11 ABB10HTTP//WWWSVBDE/DE/VOSSCHEMIE&UNTERWASSERBESCHICHTUNG&HAIFISCHHAUTHTML11 ABB11HTTP//WWWBGUZHCH/FUNDGRUBE/PFLANZENVONNAH/LOTUSEFFEKT/TAROHTML12 ABB12HTTP//WWWMALER&HEYSEDE/NEWS/PRAXIS/LOTUSAN&FASSADENFARBEHTML12 ABB13HTTP//WWWWIS&POTSDAMDE/DE/EXPERIMENTE&AUS&WISSENSCHAFT/NACHGEBAUT&LOTUSEFFEKT12 ABB14HTTP//BLOGALUMNIUNI&OLDENBURGDE/?P= ABB15HTTPS//SITESPSUEDU/ABCDESIGNS/2014/04/11/VELCRO&MOST&PROMINENT&EXAMPLE&OF&NATURE&IN& SCIENCE/13 ABB16HTTP//WWWCOSMIQDE/QA/SHOW/ /MOHNBLUME/14 ABB17HTTP//WWWYATEGOCOM/Q,SALZSTREUER,EDELSTAHL14 ABB18HTTP//WWWFAIRKEHRMAGAZINDE/FILEADMIN/USER_UPLOAD/FAIRKEHR/ARCHIV/2005/FAIR_0405/ MAGAZIN/FISCH_AUTOHTM15 ABB19HTTP//WWWAUTOBILDDE/BILDER/MERCEDES&BENZ&BIONIC&CAR&23773HTML#BILD215 ABB20HTTP//WOMANBRIGITTEDE/LEBEN&LIEBEN/BERUF&GESELLSCHAFT/BAUMARTEN& /16 ABB21HTTP//WWWBAUBLATTCH/AKTUELLES/NEWS/EPFL&KONGRESSZENTRUM&WO&DIE&PHOTOVOLTAIK&BUNT& WIRD16 ABB22HTTP//INTERNETFENSTERBEEPWORLDDE/TIERSYSTEMATIKHTM17 ABB23HTTP//STAFF&WWWUNI&MARBURGDE/~SCHACHTJ/BC_WEB/GRUNDBAUPLANHTM19 ABB24HTTPS//WWWSTUDYBLUECOM/NOTES/NOTE/N/TERMS&INSECT&BIOLOGY&EXAM&1/DECK/ ABB25HTTP//WWWSPEKTRUMDE/LEXIKON/BIOLOGIE&KOMPAKT/CUTICULA/ ABB26HTTP//WWWSKORPIONEDE/FORUM/VIEWTOPICPHP?T= ABB27THEINSECTS ANOUTLINEOFENTOMOLOGY,PJGULLAN/PSCRANSTON,S1821 ABB28GRUNDRISSDERINSEKTENKUNDE,HWEBER/HWEIDNER,S5022 ABB29HTTP//WWWMIKROSKOPIE&FORUMDE/INDEXPHP?TOPIC= ABB30HTTP//DEWIKIPEDIAORG/WIKI/CHITIN23 ABB31GRUNDRISSDERINSEKTENKUNDE,HWEBER/HWEIDNER,S1324 ABB32HTTP//WWWSPEKTRUMDE/LEXIKON/BIOLOGIE&KOMPAKT/ARTHROPODA/92724 ABB33THEINSECTS ANOUTLINEOFENTOMOLOGY,PJGULLAN/PSCRANSTON,S2224 ABB34INSEKTEN DIEHEIMLICHENHERRSCHERDERWELT,KHONOMICHL,S6925 ABB35THEINSECTS ANOUTLINEOFENTOMOLOGY,PJGULLAN/PSCRANSTON,S8625 ABB36HTTP//WWWLIBELLENTV/LIBELLEN&BLOG/29 ABB37HTTP//WWWDAILYMAILCOUK/SCIENCETECH/ARTICLE& /SPECTACULAR&IMAGES&REVEAL&LOCUST& S&REPRODUCTIVE&ORGAN&GROWS&TWICE&BODY&LENGTH&LAY&100&EGGS&DEEP&SOILHTML29 ABB38HTTP//WWWNEWSCH/DENGUE+FIEBER+GRASSIERT+IN+SUEDCHINA/639032/DETAILHTM29 ABB39HTTP//WWWMTB&NEWSDE/FORUM/ARCHIVE/INDEXPHP?T&625691HTML29 ABB40HTTP//DEWIKIPEDIAORG/WIKI/HONIGTOPFAMEISEN&WANDGEMÄLDE30 ABB41HTTP//WWWHARUNYAHYADE/DE/BUCHER/4639/GOTTES&SCHOPFUNG&IN&DER&NATUR/CHAPTER/ ABB42HTTP//DEWIKIPEDIAORG/WIKI/SCHMETTERLINGE30 ABB43HTTP//WWWRP&ONLINEDE/LEBEN/GESUNDHEIT/NEWS/DAS&SIND&DIE&HAEUFIGSTEN&SPINNEN&IN& DEUTSCHLAND&BID& ABB44HTTP//WWWDAILYMAILCOUK/SCIENCETECH/ARTICLE& /SPECTACULAR&IMAGES&REVEAL&LOCUST&S& REPRODUCTIVE&ORGAN&GROWS&TWICE&BODY&LENGTH&LAY&100&EGGS&DEEP&SOILHTML31 ABB45GundulaSchieber32 ABB46HTTP//DEWIKIPEDIAORG/WIKI/HYDRAULIK33 ABB47HTTP//WWWBRINKMANN&DUDE/PHYSIK/SEK1/PH07_30HTM33 ABB48EIGENESBILDMATERIAL39 ABB49HTTP//ALLPHOTOLENSESCOM/LENSES/ITEM/C_146HTML40 ABB50HTTP//WWWBRESSERDE/MIKROSKOPIE/BRESSER&LCD&MIKROSKOP&8&9CM&3&5HTML40 ABB51HTTPS//ZMBUNIBASCH/GERAETE/LICHTMIKROSKOPE/40

100 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik ABB52HTTPS//ZMBUNIBASCH/GERAETE/FEI&NOVA&NANO&SEM&230/41 ABB53HTTP//WWWSEILNACHTCOM/NANO/NANO_MIKHTML41 ABB54HTTPS//ZMBUNIBASCH/GERAETE/GERAETE&ZUR&PROBENVORBEREITUNG/41 ABB55HTTPS//NSENSORENWORDPRESSCOM/HINTERGRUND/PRODUKTION&2/EBESPUTTERN/42 ABB56EIGENESBILDMATERIAL42 ABB57EIGENESBILDMATERIAL42 ABB58EIGENESBILDMATERIAL43 ABB59EIGENESBILDMATERIAL43 ABB60EIGENESBILDMATERIAL43 ABB61EIGENESBILDMATERIAL44 ABB62HTTPS//WWWMTHOLYOKEEDU/~MENUNEZ/RESEARCHPAGE/AFMHTML44 ABB63EIGENESBILDMATERIAL46 ABB64EIGENESBILDMATERIAL46 ABB65HTTP//WWWCRISSIONLINEDE/FOTOGALERIE/DISPLAYIMAGEPHP?ALBUM=22&PID=345#TOP_DISPLAY_MEDIA/46 ABB66EIGENESBILDMATERIAL47 ABB67EIGENESBILDMATERIAL48 ABB68EIGENESBILDMATERIAL48 ABB69EIGENESBILDMATERIAL50 ABB70EIGENESBILDMATERIAL52 ABB71EIGENESBILDMATERIAL52 ABB72EIGENESBILDMATERIAL53 ABB73EIGENESBILDMATERIAL53 ABB74EIGENESBILDMATERIAL54 ABB75EIGENESBILDMATERIAL55 ABB76EIGENESBILDMATERIAL55 ABB77EIGENESBILDMATERIAL56 ABB78EIGENESBILDMATERIAL56 ABB79EIGENESBILDMATERIAL56 ABB80EIGENESBILDMATERIAL56 ABB81HTTP//WWWMUSEUNACIONALUFRJBR/MNDI/ARACNOLOGIA/PDFLITERATURA/MARTENS/MARTENS% %20GROSSGLIEDERUNGPDF59 ABB82EIGENESBILDMATERIAL60 ABB83EIGENESBILDMATERIAL61 ABB84EIGENESBILDMATERIAL61 ABB85EIGENESBILDMATERIAL63 ABB86HTTP//WWWNCBINLMNIHGOV/PMC/ARTICLES/PMC /63 ABB87HTTP//WWWNCBINLMNIHGOV/PMC/ARTICLES/PMC /64 ABB88HTTPS//NEUROPHILOSOPHYWORDPRESSCOM/2007/02/21/FEELING&THE&VIBES&OF&THE&WAGGLE&DANCE/64 ABB89HTTP//ANTCLUBORG/NODE/ ABB90HTTP//EUBATTLENET/SC2/DE/FORUM/TOPIC/ ABB91THEINSECTSANOUTLINEOFENTOMOLOGIY,SECONDEDITION,S1966 ABB92HTTP//WWWT&ONLINEDE/LIFESTYLE/GESUNDHEIT/ID_ /STECHMUECKEN&BRINGEN& GEFAEHRLICHEN&HUNDEHAUTWURM&NACH&DEUTSCHLANDHTML68 ABB93HTTP//WWWBOOTE&FORUMDE/SHOWTHREADPHP?T=86932&PAGE=1168 ABB94HTTP//FOTOSUEBLAT/MAINPHP?G2_ITEMID=54768 ABB95HTTP//WWWWELTDE/WIRTSCHAFT/ARTICLE /FLUGPASSAGIERIN&MIT&BETTWANZEN&BLUT& BESUDELTHTML68 ABB96HTTP//WWWVIRALFACTCOM/16&SCARY&AND&AMAZING&IMAGES&FROM&UNDER&THE&MICROSCOPE/68 ABB97HTTP//WWWMTB&NEWSDE/FORUM/ARCHIVE/INDEXPHP?T&625691HTML68 ABB98HTTP//WWWHARUNYAHYADE/DE/BUCHER/4639/GOTTES&SCHOPFUNG&IN&DER&NATUR/CHAPTER/ ABB99HTTP//WWWINSEKTENBOXDE/FIBEL/HEM/TERMITHTM69 ABB100HTTP//WWWSPIEGELDE/FOTOSTRECKE/AMEISENFORSCHUNG&WIR&NENNEN&ES&SUPERORGANISMUS& FOTOSTRECKE&51453&3HTML69 ABB101DIEAMEISEN,WALTERKIRCHNER,S21,NACHSCHNEIRLAAUSDUMPERT ABB102HTTP//WWWNATUR&PORTRAITDE/FOTO&48125&EIN&KLEINES&WUNDERHTML71 ABB103HTTP//WWWWALDZEITCH/NACHHALTIGKEIT/OEKOLOGIE/INSEKTEN/LIBELLEN/LIBELLEN&ELEGANTE& FLUGKUNSTLER&GEFRASSIGE&RAUBER/71 ABB104HTTP//WWWANGELPLATZAT/PHPBB3/ANGELLEXIKON/M/MADEN_FLIEGENLARVENPHP73 ABB105HTTP//DEWIKIPEDIAORG/WIKI/SCHWARZER_KIEFERNPRACHTKÄFER75 ABB106HTTP//WWWTECHNIKJOURNALDE/CMS/FRONT_CONTENTPHP?IDCATART=1351IDCAT=5975

101 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 ABB107HTTP//WWWBIONIKUNI&BONNDE/BIONIK&PROJEKTE/INFRAROTSENSOREN/FUNKTIONSWEISE&DER&IR& REZEPTOREN76 ABB108HTTP//DEWIKIPEDIAORG/WIKI/SAUGRÜSSEL_(SCHMETTERLING77 ABB109HTTP//WWWBIONIK&WIKIDE/WIKI/INDEXPHP?TITLE=BILDSCHMETTERLING_RÜSSELJPEG77 ABB110EIGENESBILDMATERIAL85 ABB111HTTP//NEWSHARVARDEDU/GAZETTE/STORY/2014/05/PROMISING&SOLUTION&TO&PLASTIC&POLLUTION87 ABB112HTTP//WWWSTR&UCTURECOM/WAS/FORSCHUNGSPROJEKTE/REFERENCE/BIONISCHE& FASSADENVERSCHATTUNG&FLECTOFIN/88 ABB113HTTPS//HZHMWORDPRESSCOM/TAG/INFLATABLE/88 ABB114HTTP//WWWLOGOPREMIUMSCOM/MUG&WATER&BOTTLE&ACCORDION&4071PMJPG89 ABB115HTTP//WWWFUGULUGGAGECOM89 ABB116EIGENESBILDMATERIAL89 ABB117EIGENESBILDMATERIAL91 ABB118EIGENESBILDMATERIAL91 100

102 Marie&ClaireGraf Maturarbeit&Bionik 2015 Anhang Diese Liste beinhaltet Arthopodenarten, bei welchen hydraulische Systeme recherchiert/ entdeckt/ vermutet werden Anhand dieser Liste wurden die Tiere für denpraktischenteilderarbeitausgewähltdieselisteistnichtvollständig,gibtjedoch einenüberblickderhydraulischensystemederarthropoden & Einheimischer Saftkugler (Glomeris( marginata durch Muskelbewegung & bewegliche Panzersegmente (Diplodopen 212, Asseln, Hundertertfüssler, Tausendfüssler & Honigtopfameise(Myrmecocystus(mimicus/Campondious(Inflamis & Termitenköniginnen(Isoptera & Schutz&,Wanderameisen(Eciton(burchelli(Königin!oderallgAmeisenkönigin & Raubmilben(Gamasina,allgMilben & Wander&Wüstenheuschrecken(Locusta(Weiblich&>Legestachel & Heuschrecke(Sprungbeine? & KrebstierewieHummer/Garnelen/Krabben & GelenkderKrebsextremitäten,BewegungdurchkaumsklerotisierteMembrane &antagonistischwirkendenstreck&undbeugemuskel 213 & Laus(Siphonaptera,(Anoplura&Kopflaus(Pediculus(humanus(/(Capitis(Pubis & Floh(Siphonaptera,(Aphaniptera,Sprungmechanismus 214,215 & Fliegen(Stech&Tsetse&,Bienen,Wespen & Bettwanzen & Libellen/Faltwespen & Larven,AufsprengenderEischaledurchkurzzeitiges,blasenartigesVergrössern deskopfes 216 & KoppelungvonInsektenorganen NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S TaschenbuchderZoologieBdAllgZoologie,HGeiler,S PatentederNatur,Greguss,S NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S NaturorientierteLösungsfindung,BerndHill,S GrundrissederInsektenkunde,Weber,S41 101

103 Mag X 50 WD 409 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 16 WD 419 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 421 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung

104 Mag X 100 WD 411 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 201 WD 409 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 335 WD 408 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung

105 Mag X 14 WD 407 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 335 WD 412 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 412 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung

106 Mag X 18 WD 421 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 416 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung gestreckt Mag X 100 WD 412 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung gestreckt

107 Mag X 50 WD 419 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung gestreckt Mag X 30 WD 372 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Gelenk Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 346 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Kopf Projekt GRAFM Bemerkung

108 Mag X 134 WD 356 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Auge Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 268 WD 353 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Haare Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 353 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Haare Projekt GRAFM Bemerkung

109 Mag X 33 WD 414 mm Detektor 2 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 67 WD 427 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 402 WD 418 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung

110 Mag X 39 WD 437 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 351 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 448 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung

111 Mag X 33 WD 441 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 13 WD 471 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 26 WD 436 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung

112 Mag X 435 WD 438 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 26 WD 472 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Flügel Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 26 WD 448 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Flügel Projekt GRAFM Bemerkung

113 Mag X 50 WD 459 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Flügel Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 16 WD 426 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 427 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

114 Mag X 335 WD 423 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 16 WD 433 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 431 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

115 Mag X 201 WD 415 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 13 WD 419 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 443 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

116 Mag X 100 WD 443 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 201 WD 443 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 335 WD 402 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

117 Mag X 16 WD 400 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 428 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 13 WD 432 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

118 Mag X 33 WD 416 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

119 Mag X 50 WD 409 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 16 WD 419 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 421 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung

120 Mag X 100 WD 411 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 201 WD 409 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 335 WD 408 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung

121 Mag X 14 WD 407 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 335 WD 412 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 412 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung

122 Mag X 18 WD 421 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 416 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung gestreckt Mag X 100 WD 412 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung gestreckt

123 Mag X 50 WD 419 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Abdomen Projekt GRAFM Bemerkung gestreckt Mag X 30 WD 372 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Gelenk Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 346 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Kopf Projekt GRAFM Bemerkung

124 Mag X 134 WD 356 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Auge Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 268 WD 353 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Haare Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 353 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Haare Projekt GRAFM Bemerkung

125 Mag X 33 WD 414 mm Detektor 2 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 67 WD 427 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 402 WD 418 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung

126 Mag X 39 WD 437 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 351 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Klaue Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 15 WD 448 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung

127 Mag X 33 WD 441 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 13 WD 471 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 26 WD 436 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung

128 Mag X 435 WD 438 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Bein Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 26 WD 472 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Flügel Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 26 WD 448 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Flügel Projekt GRAFM Bemerkung

129 Mag X 50 WD 459 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar wanderheuschrecken Probe Flügel Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 16 WD 426 mm Detektor 3 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 427 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

130 Mag X 335 WD 423 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 16 WD 433 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 431 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

131 Mag X 201 WD 415 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 13 WD 419 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 443 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

132 Mag X 100 WD 443 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 201 WD 443 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 335 WD 402 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

133 Mag X 16 WD 400 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 50 WD 428 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung Mag X 13 WD 432 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung

134 Mag X 33 WD 416 mm Detektor 25 Date Auftrag Nr 2015/25 Kommentar Probe Abdomen gedehnt Projekt GRAFM Bemerkung