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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung Bionik II / Biosensorik Integrierte Leistungen von Sinnesorganen Exotische Messprinzipien in der Natur.

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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung Biosensorik / Bionik II Integrierte Leistungen von Sinnesorganen Exotische Messprinzipien in der Natur.

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1 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 Ableitung der Potenziale aus dem Johnstonschen Organ

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

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

13 Das Seitenlinienorgan der Fische

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

15 These: Fische hinterlassen eine Strömungsspur, die noch nach Minuten über das Seitenlinienorgan gefühlt wird. Artspezifische Strömungsspur Kugelfisch Buntbarsch Sonnenbarsch 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 Poren Lorenzinische Ampullen Das elektrorezeptive System des Hais (= modifizierte Haarzellen)

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

20 Aktive Elektroortung 400 Hz Elefantenrüsselfisch (Gnathonemus petersii)

21 Feldverzerrung leitendnichtleitend

22 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 Tektorialmembran Basilarmembran Äußere Haarzellen Innere Haarzellen Die äußeren Haarzellen wirken durch eine Verlängerung als Servomotor Cochlea

25 Wanderwelle Basilarmembran Gehörknöchelchen Ovales Fenster Rundes Fenster Steigbügel Amboss Hammer Trommelfell Cochläre Tennwand 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 Bienentanz Richtungsweisung auf der vertikalen Wabenfläche

34 Tanztempo und Entfernung des Futterplatzes

35 Polarisationsmuster des Himmels Polarisationsfolie

36 Sternfolie von Karl von Frisch Polarisationsrichtung

37 Bienenflug über ein Gewässer bei Wind

38 Wind 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.

45 Zwei-Ommatidien-Schaltung Übertragungsfunktion:

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

47 Das Gyroskop der Wiesenschnake

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

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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