Nachtigall Bionik als Wissenschaft

Erkennen - Abstrahieren - Umsetzen
1. Auflage 2010
ISBN: 978-3-642-10320-9
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 221 Seiten

Reihe: Computer Science and Engineering (German Language)

Der Begriff 'BIONIK' wird gerne als Kunstwort gekennzeichnet, zusammengesetzt aus BIOlogie und TechNIK. Bionik stellt einerseits ein Fach dar, in dem geforscht und ausgebildet wird, und kennzeichnet andererseits eine Sichtweise, nämlich die des 'Lernens von der Natur für die Technik'. Darüber sind in der Zwischenzeit neben populär wissenschaftlichen Werken eine Reihe von Fachbüchern erschienen. Werner Nachtigall hat darin mit der 2. Auflage seines bei Springer erschienenen Buchs 'BIONIK - Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler' einen Meilenstein gesetzt. In diesem Buch kennzeichnet er die Untergliederung des Fachs und bespricht detailliert dessen Forschungsgegenstände. Dagegen fehlte bislang eine Darstellung, die sich mit den erkenntnistheoretischen Grundlagen wie mit der pragmatischen Vorgehensweise der Bionik systematisch befasst, die ja mit der ihr eigenen Prinzip-Abstraktion zwischen der belebten Welt als Vor-Bild und der technischen Umsetzung als Ab-Bild vermitteln will. Das vorliegende Werk schließt diese Lücke mit drei großen Abschnitten: Biologische Basis: Erforschen, Beschreiben, Beurteilen. - Abstraktion biologischer Befunde: Herausarbeiten allgemeiner Prinzipien. - Umsetzung in die Technik: Prinzipvergleich, Konzeptuelles, Vorgehensweise.

Prof. em. Dr. rer. nat. Werner Nachtigall hat an der Ludwigs-Maximilians-Universität und an der Technischen Universität München unter anderem Biologie und Physik studiert. Nach Ablegung seines Philosophikums und des Staatsexamens wurde er mit einer biophysikalischen Arbeit promoviert. Mit einer weiteren fachübergreifenden Arbeit hat er sich habilitiert; auch in der Folge ist er in Ludwigs-Maximilians-Universität in München, an der University of California in Berkeley und an der Universität des Saarlands in Saarbrücken dem Grenzgebiet zwischen Natur und Technik treu geblieben. Neben seinem Hauptarbeitsgebiet 'Bewegungsphysiologie' hat er als langjähriger Leiter des Zoologischen Instituts der Universität des Saarlandes die Forschungs- und Ausbildungsrichtung 'Technische Biologie und Bionik' gegründet sowie eine Gesellschaft gleichen Namens. Mit über 200 wissenschaftlichen Arbeiten auf diesen Gebieten und zahlreichen Buchpublikationen ist er einer der Begründer einer modernen Bionik sowie des Bionik-Kompetenznetzes BioKoN . Er gilt weltweit als der bedeutendste Promotor dieses Fachs, für dessen Konstituierung und Verankerung in Wissenschaft und Gesellschaft er sich jahrzehntelang intensiv eingesetzt hat.

Autoren/Hrsg.

Nachtigall, Werner

Inhaltsverzeichnis

1;A Biologische Basis: erforschen, beschreiben, beurteilen;14
1.1;1 Wissenschaftstheoretische Überlegungen zu den Substratender Biologie;15
1.1.1;1.1 Wissenstypen und Grundbezug auf die belebte Welt;15
1.1.2;1.2 Organismus oder System?;17
1.1.3;1.3 Kennzeichen belebter Systeme;18
1.1.4;1.4 Adäquate Beschreibung biologischer Systemedurch Nachbarwissenschaften;19
1.1.5;1.5 Prinzip der einfachsten Erklärungsmöglichkeit;21
1.1.6;1.6 Biologie als Naturwissenschaft;21
1.1.7;1.7 Physikalismus und Reduktionismus;21
1.1.7.1;1.7.1 Physikalismus und Vitalismus;21
1.1.7.2;1.7.2 Reduktionismus bzw. reduktiver Physikalismus;22
1.1.7.3;1.7.3 Nicht reduktiver Physikalismus;22
1.1.7.4;1.7.4 Pragmatische Position;24
1.1.8;1.8 Analyse und Synthese – Biologie und Technik;24
1.2;2 Vorgehensweise in der Biologie;26
1.2.1;2.1 Beobachtung und Beschreibung;26
1.2.1.1;2.1.1 Beobachtung mit den Sinnesorganen;26
1.2.1.2;2.1.2 Beobachtungen mit Geräten;27
1.2.1.3;2.1.3 Die angemessene Beschreibung;28
1.2.1.4;2.1.4 In welchen Fällen reicht die Methode,,Beobachtung und Beschreibung`` aus?;31
1.2.1.5;2.1.5 In welchen Fällen reicht die Methode,,Beobachtung und Beschreibung`` nicht aus?;32
1.2.1.6;2.1.6 Allgemeine Bedeutung der Methode,,Beobachtung und Beschreibung`` in der Biologie;33
1.3;3 Das Experiment;34
1.3.1;3.1 Typen von Experimenten;34
1.3.1.1;3.1.1 Das qualitative Experiment;34
1.3.1.2;3.1.2 Das quantitative Experiment;35
1.3.2;3.2 Prinzipien für das Experiment;36
1.3.2.1;3.2.1 Prinzip der kleinen Schritte;36
1.3.2.2;3.2.2 Prinzip der indirekten Messung;38
1.3.2.3;3.2.3 Prinzip der Lösung einer Struktur aus dem Verband;38
1.3.2.4;3.2.4 Prinzip der Reproduzierbarkeit;39
1.3.2.5;3.2.5 Prinzip der gezielten Ausschaltung;40
1.3.3;3.3 Korrelation und Kausalverknüpfung;40
1.4;4 Schlussfolgern, Beurteilen und Erklären in der Biologie;43
1.4.1;4.1 Die induktive und die deduktive Methode;43
1.4.1.1;4.1.1 Induktive Methode;43
1.4.1.2;4.1.2 Deduktive Methode;44
1.4.1.3;4.1.3 Beispiele;44
1.4.2;4.2 Die Induktion als Grundmethode des Schlussfolgernsin der naturwissenschaftlichen Forschung;46
1.4.3;4.3 Die ,,deduktive Komponente`` induktiver Schlussfolgerung;47
1.4.4;4.4 Hypothesenprüfung durch konstruierte Einzelfälle;48
1.4.5;4.5 Analyse und Synthese;50
1.4.6;4.6 Das vierfache Methodengefüge der Induktion (Max Hartmann);50
1.4.6.1;4.6.1 Teilschritte eines logisch einheitlichen Gefüges;50
1.4.6.2;4.6.2 Analytische Fehler;51
1.4.7;4.7 Die reine oder generalisierende Induktion;51
1.4.7.1;4.7.1 Definition;51
1.4.7.2;4.7.2 Prinzip der Methode;52
1.4.7.3;4.7.3 Zur Leistungsfähigkeit der Methode;53
1.4.8;4.8 Die exakte Induktion;53
1.4.8.1;4.8.1 Definition;53
1.4.8.2;4.8.2 Prinzip der Methode;54
1.4.8.3;4.8.3 Zur Leistungsfähigkeit der Methode;55
1.4.9;4.9 Das Kausalitätsprinzip;55
1.4.9.1;4.9.1 Ordnungsprinzip;55
1.4.9.2;4.9.2 Grundfrage;56
1.4.9.3;4.9.3 Kausalverknüpfung zweier Phänomenen;56
1.4.9.4;4.9.4 Kausalverknüpfung mehrerer Phänomene;56
1.4.9.5;4.9.5 Das ,,widerspruchsfreie Schachtelsystem``;58
1.4.10;4.10 Kausalität und Statistik;58
1.4.10.1;4.10.1 Verbindlichkeit eines einzigen Experiments;58
1.4.10.2;4.10.2 Unsicherheit kausaler Zuordnungdurch nicht berücksichtigte Zwischenstufen;58
1.4.11;4.11 Finalität und Heuristik;60
1.4.11.1;4.11.1 Grundvorstellungen finaler Betrachtungsweisen;60
1.4.11.2;4.11.2 Teleologie und Zweckhaftigkeit;61
1.4.11.3;4.11.3 Erklärungswert finaler und kausaler Beziehungen;62
1.4.11.4;4.11.4 Problemfindung durch finale Betrachtungsweisen;64
1.4.12;4.12 Grenzüberschreitungen;65
1.4.13;4.13 Wertung biologischer Ergebnisse;66
1.4.13.1;4.13.1 Erklären, verstehen, vorhersagen;66
1.4.13.2;4.13.2 Verwerfen überholter Ergebnisse;67
1.4.13.3;4.13.3 Von der Person unabhängige Wertung;67
1.4.13.4;4.13.4 Zwang, vorhandenes Wissen zu benutzen;67
2;B Abstraktion biologischer Befunde:Herausarbeitung allgemeiner Prinzipien;69
2.1;5 Funktion und Design;70
2.1.1;5.1 Funktion;71
2.1.1.1;5.1.1 Kennzeichnung und Anschluss an den Designbegriff;71
2.1.1.2;5.1.2 Funktionsausprägung und Funktionsarten;72
2.1.1.3;5.1.3 Funktion und Komplexität;73
2.1.2;5.2 Design;78
2.1.2.1;5.2.1 Versuch einer Kennzeichnung;78
2.1.2.2;5.2.2 Biologisches Design, betrachtet aus dem Blickwinkel bionisch orientierter Formgestalter;80
2.1.2.3;5.2.3 Biologisches Design in der Sichtweise der Philosophen;82
2.1.2.4;5.2.4 ,,Generelles Design`` als Überbegriff;86
2.2;6 Modellmäßige Abstraktion des biologischen Originalsals Grundlage für die bionische Übertragung von Prinzipien;87
2.2.1;6.1 Modellbildung als Basis für die Abstraktion von Prinzipien;87
2.2.1.1;6.1.1 Die Natur als Abstraktionsbasis;87
2.2.1.2;6.1.2 Das Modell als spezifizierte Relation zur Natur;89
2.2.1.3;6.1.3 Erkenntnistheoretische Kritik des Modellbegriffs;91
2.2.1.4;6.1.4 Das Modell als Abbild und zugleich Vorbild;92
2.2.2;6.2 Zum Problem der Modellübertragung;94
2.2.2.1;6.2.1 Prinzipien und Kritik;94
2.2.2.2;6.2.2 Versuch einer Zuordnung;95
2.2.2.3;6.2.3 Analogieforschung;98
2.2.2.4;6.2.4 Analogie und neopragmatische Modelltheorie;105
2.2.3;6.3 Biologische Erkenntnis und modellmäßige Abstraktion;112
2.2.3.1;6.3.1 Mechanische Modelle mechanischer Originale;113
2.2.3.2;6.3.2 Mechanische Modelle nicht mechanischer Originale;115
2.2.3.3;6.3.3 Elektrische Modelle elektrischer Originale;116
2.2.3.4;6.3.4 Elektrische Modelle nicht elektrischer Originale;117
2.2.3.5;6.3.5 Chemische Modelle;120
2.2.3.6;6.3.6 Kybernetische Modelle;120
2.2.3.7;6.3.7 Nachrichtentechnische Modelle;121
2.2.3.8;6.3.8 Mathematische Modelle;122
2.2.3.9;6.3.9 Denkmodelle;123
2.2.4;6.4 Schlussfolgerungen zur modellmäßigen Abstraktion;123
3;C Umsetzung in die Technik:Konzeptuelles, Prinzipienvergleich, Vorgehensweise;124
3.1;7 Bionik als naturbasierter Ansatz;125
3.1.1;7.1 Zum Naturbegriff – Antithese zur Technikoder grundsätzliche Identität?;125
3.1.1.1;7.1.1 Lernen von der Natur;125
3.1.1.2;7.1.2 Beispiele;127
3.1.2;7.2 Zur wissenschaftsphilosophischen Thesevon der Naturnachahmung durch Bionik;128
3.1.2.1;7.2.1 Typisierung der Bionik;128
3.1.2.2;7.2.2 Zur Nachahmungsthese der Bionik, Nachahmungstypen;130
3.1.3;7.3 Kann Ästhetik einen Nachahmungstyp darstellen?;132
3.1.3.1;7.3.1 Eine Betrachtungskategorie?;132
3.1.3.2;7.3.2 Ein Ordnungsprinzip?;132
3.1.4;7.4 ,,Von der Technik zum Leben`` oder ,,vom Leben zur Technik``?;133
3.1.4.1;7.4.1 Philosophie und Pragmatismus;133
3.1.4.2;7.4.2 Organismus und Maschine;134
3.1.4.3;7.4.3 Technik und biologische Evolution;135
3.1.5;7.5 Effizienz und Optimierung;135
3.1.5.1;7.5.1 Nochmals: zum Zweckmäßigkeits- und Optimierungsbegriff;136
3.1.5.2;7.5.2 Optimierungskriterien als heuristische Prinzipien;138
3.2;8 Bionik als interdisziplinärer Ansatz;141
3.2.1;8.1 Interdisziplinarität, Technowissenschaft und Zirkulation;141
3.2.2;8.2 Perspektivenwechsel durch Technowissenschaften;143
3.2.3;8.3 Zum Zirkulationsprinzip;145
3.3;9 Bionik als konzeptueller Ansatz;148
3.3.1;9.1 Definitionen;148
3.3.1.1;9.1.1 Technische Biologie;148
3.3.1.2;9.1.2 Bionik;149
3.3.1.3;9.1.3 Technische Biologie und Bionik als Antipoden;151
3.3.2;9.2 Bionik – eine fachübergreifende Vorgehensweise;154
3.3.2.1;9.2.1 Formalisierung des Naturvergleichs;154
3.3.2.2;9.2.2 Analogieforschung am Anfang;157
3.3.2.3;9.2.3 Vorgehensweise der Zusammenarbeit;160
3.3.2.4;9.2.4 Stufen der Zusammenarbeit;162
3.3.2.5;9.2.5 Typen technologischer Übertragung;167
3.3.2.6;9.2.6 Sichtweise des VDI;169
3.3.2.7;9.2.7 Bionikdarstellungen;170
3.3.3;9.3 Bionik – ein Denkansatz;176
3.3.3.1;9.3.1 Zehn Grundprinzipien natürlicher Systememit Vorbildfunktion für die Technik;177
3.3.3.2;9.3.2 Vermittlung der Grundprinzipien;179
3.3.4;9.4 Bionik – eine Lebenshaltung;179
3.3.4.1;9.4.1 Das Naturstudium verleiht Einsichten;179
3.3.4.2;9.4.2 Eine neue Moral als Basis allen Handelns;180
3.3.5;9.5 Was kann von Bionik letztlich erwartet werden?;181
3.3.5.1;9.5.1 Bionik sollte richtig eingeschätzt werden;181
3.3.5.2;9.5.2 Vorgehen gestern und morgen;181
3.4;10 Bionik als Ansatz zum strukturierten Erfinden;183
3.4.1;10.1 Bionik bei BR, TRIZ, SIT und anderen Entwicklungsmethoden;183
3.4.1.1;10.1.1 BR: ,,Brainstorming``;184
3.4.1.2;10.1.2 TRIZ: Theorie des erfinderischen Problemlösens(russ. Abk.);184
3.4.1.3;10.1.3 SIT: ,,Structured Inventive Thinking``;186
3.4.1.4;10.1.4 NM: Methode von Nakayama Masakazu;188
3.4.1.5;10.1.5 YN/ARIZ 02: Methode von Yoshiki Nakamura;190
3.4.1.6;10.1.6 NAIS: ,,Naturorientierte Inventionsstrategie``;193
3.4.1.7;10.1.7 LU: ,,Luscinius-Methode``;198
3.5;Literaturverzeichnis;205