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PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Bionik II / Biosensorik“

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PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Biosensorik / Bionik II“

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Präsentation zum Thema: "PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Bionik II / Biosensorik“"—  Präsentation transkript:

1 PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Bionik II / Biosensorik“
Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Bionik II / Biosensorik“ Integrierte Leistungen von Sinnesorganen Exotische Messprinzipien in der Natur Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

2 Die Mückenantenne

3 Der Tenor und die Mücken

4 Antenne einer männlichen Stechmücke

5 Antenne einer männlichen und einer weiblichen Stechmücke

6 Lagerung der Antennenschäfte im Johnstonschen Organ

7 7 nm Potenzialänderung

8 Ableitung der Potenziale aus dem Johnstonschen Organ

9 Das JOHNSTON-Organ an der Basis einer Fliegenantenne
Haar Antennenbasis Pedicellus Sinneszelle äußerer Skolopidienring innerer Skolopidienring Basalplatte basale Skolopidien Nervenkomplex Scapus

10 Ergebnis: Die Mücke besitzt ein Schallschnelle-Vektormessgerät. Die gefiederte Geißel wird von den longitudinal hin und her schwingenden Luftmolekülen mitgeschleppt. Das Verhältnis von Grundwelle zur Oberwelle bestimmt die Schlepprichtung der Geißel.

11 Mikrosystem künstliche Mückenantenne

12 Erste experimentelle Realisierung (1976)
Bei Kippschwingungen ≈ doppelte Frequenz Erste experimentelle Realisierung (1976)

13 Das Seitenlinienorgan der Fische

14 Seitenlinienorgan des Hais
Poren Schuppen Gallerte Innerer Kanal Poren Haarzellen Druck-welle ! Nervenfasern Innerer Kanal

15 Artspezifische Strömungsspur
Sonnenbarsch Buntbarsch These: Fische hinterlassen eine Strömungsspur, die noch nach Minuten über das Seitenlinienorgan gefühlt wird. Kugelfisch H. Bleckmann und W. Hanke: Journal of Experimental Biology 207, S

16 Fischschwarm Man fühlt sich gegenseitig über das Seitenlinienorgan

17 Elektroortung bei Fischen

18 Das elektrorezeptive System des Hais
Poren Das elektrorezeptive System des Hais Lorenzinische Ampullen (= modifizierte Haarzellen)

19 Passive Elektroortung
Hammerhai beim Abscannen des Meeresbodens „EEG“ einer verborgenen Scholle Passive Elektroortung

20 Elefantenrüsselfisch (Gnathonemus petersii)
400 Hz Elefantenrüsselfisch (Gnathonemus petersii) Aktive Elektroortung

21 leitend nichtleitend Feldverzerrung

22 Um die Fähigkeit der Elektroortung von G
Um die Fähigkeit der Elektroortung von G. petersii zu testen, wurden einzelnen Tieren nach dem Zufallsprinzip unterschiedlich entfernte Objekte hinter zwei Öffnungen in einer Trennwand präsentiert. Schwamm der Fisch durch das Tor, hinter dem sich das weiter entfernte Objekt befand, wurde er belohnt.

23 Frequenzanalyse in der Cochlea

24 Cochlea Tektorialmembran Äußere Haarzellen Innere Haarzellen
Basilarmembran Die äußeren Haarzellen wirken durch eine Verlängerung als „Servomotor“

25 Wanderwelle in der Cochlea Hammer Amboss Steigbügel Cochläre Tennwand
Trommelfell Wanderwelle Basilarmembran Gehörknöchelchen Ovales Fenster Rundes Fenster Wanderwelle in der Cochlea

26 Wanderwellenmaximum bei einem hohen und einem tiefen Ton

27 Ultraschallortung der Fledermäuse

28 Echoortung der Fledermaus Doppler-Kompensation

29 Die Navigation der Bienen

30 Die Akteure

31 Honigbiene fliegt durch einen optisch gemusterten Tunnel
( Preisgekröntes Foto von Marco Kleinhenz )

32 Schwänzeltanz mit 4 Nachfolgerinnen
Schwänzeltanz mit großer Gefolgschaft

33 Richtungsweisung auf der vertikalen Wabenfläche
Bienentanz Richtungsweisung auf der vertikalen Wabenfläche

34 Tanztempo und Entfernung des Futterplatzes

35 Polarisationsmuster des Himmels
Polarisationsfolie Polarisationsmuster des Himmels

36 Sternfolie von Karl von Frisch
Polarisationsrichtung Sternfolie von Karl von Frisch

37 Bienenflug über ein Gewässer bei Wind

38 Abdrift durch Seitenwind
Flugweg Abdrift durch Seitenwind

39 Foto: Gabriele Jesdinsky
Rüsselkäfer

40 Mathematisches Modell
Verhaltensphysiologische Methode Kontrollierte Reizgebung Messung der Reaktion

41 Der Spangenglobus

42 Der klassische Rüsselkäferversuch
von Hassenstein und Reichardt ( ) Spangenglobus und Korrelationsauswertung Der Käfer Chlorophanus trägt, für die Dauer des Ver-suchs freischwebend fixiert, den aus Stroh gefertig-ten Spangenglobus in seinen Füßen mit eigener Kraft, und dreht ihn, indem er vorwärts läuft. Gewicht des Spangenglobus: 0,1 g Durchmesser des Spangenglobus: 29 mm Optischer Korrelationssensor

43 Bei 100 Käferentscheidungen

44 Messung der optomotorischen Reaktion einer laufenden Grille (1999)
Die Grille läuft auf einer luftgelagerten Styropor-Kugel. Das rotierende Streifenmuster erzeugt eine Drehreaktion. Messung der optomotorischen Reaktion einer laufenden Grille (1999)

45 Zwei-Ommatidien-Schaltung
Übertragungsfunktion: Zwei-Ommatidien-Schaltung

46 Abdriftsensor nach dem Vorbild des Bienenauges
Montage an ein Motorflugzeug Abdriftsensor nach dem Vorbild des Bienenauges (1977) Erprobung am Segelflugzeug ASK 13

47 Das Gyroskop der Wiesenschnake

48 Der schwingende Kreisel der Wiesenschnake
Foto: M. Wiora Der schwingende Kreisel der Wiesenschnake Foto: Klaus Maritschnigg Schwingkölbchen

49 Exotische Messprinzipien der Natur
Zusammenfassung: 1. Die Mückenantenne als Schallschnelle-Vektormessgerät 2. Das Seitenlinienorgan als Fernfühlmessgerät (Ferntastsinn) 3. Das „EEG“-Messsystem des Hais 4. Elektrische Umgebungsabtastung durch den Elefantenrüsselfisch 5. Die Cochlea als Wanderwellen-Frequenanalysator 6. Die Dopplerregelung bei der Echoortung der Fledermaus 7. Die berührungslose Geschwindigkeitsmessung der Bienen 8. Der rotationslose Kreiselkompass der Wiesenschnake

50 Ende


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