FORSCHUNGSBOGEN - Jahrgangsstufe 8 - 10

Jahrgangsstufe 8 - 10
Physik, Biologie, Chemie, Geographie
Team:
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Schule und Klasse:
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FORSCHUNGSBOGEN
Herzlich willkommen im Bionicum!
Natur als Vorbild für Technik. Das ist Bionik.
Werde selbst zum Forscher und erkunde die erfindungsreiche und überraschende Welt der Bionik — von luftigen und weiten Höhen bis hin in
die winzigsten Bestandteile des Lebens, den Molekülen. Du wirst staunen…
Viel Spaß auf deiner Erforschungstour!
Wofür stehen folgende Begriffe ?
SKO =______________________ CAO = _______________________________________
In der Medienstation siehst du, wie SKO im Designprozess funktioniert. Welche Produkte findest du in der
Vitrine, die ebenfalls so optimiert wurden?
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Bereits im Jahre 1867 hat der Franzose
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dem
______________________ das erste bionische Patent für einen Verbundwerkstoff angemeldet. Auf die
Idee kam er durch ein verwittertes Blatt eines
© tec.Lehrerfreund
Stahlbeton ist ein wichtiger Verbundwerkstoff. Welche Aussage ist richtig?
 Beton hält Druck stand, Stahl ist zugbeständig
 Stahl hält Druck stand, Beton ist zugbeständig
Warum sind bionische Schrauben bruchsicherer als normale Schrauben?
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Welche der Schrauben auf dem Tisch ist bionisch
optimiert?
 die linke
© Florian Benz für LfU
 die rechte
Stabil und leicht. So baut die Natur
_____________________. Er entdeckte, dass das
Blatt aus Fasern besteht, die in einen Füllstoff eingebettet sind, der von Technikern generell als Matrix
bezeichnet wird. Nach dem gleichen Prinzip fertigte
er dann Pflanzkästen, indem er ein Drahtgewebe in
eine Form für Pflanzkästen legte und diese mit Beton ausgoss.
Der Sandfisch hat eine besonders kratzfeste Haut. Woran liegt das?
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Manche Materialen sind glatter
als andere, Sand kann von
ihnen besser abrutschen. Welche Neigungswinkel genügen,
um Sand abgleiten zu lassen
und wie schneidet die Sandfischhaut im Vergleich dazu ab?
Benenne die vier Materialen im
Vergleich.
Richtig oder falsch?
 Teflon ist rutschiger als Stahl
 Stahl ist rutschiger als Nylon
Finde die Antworten im Gitterrätsel.
Die Rillen auf seiner Haut inspirierten zu
technischen Umsetzungen im Segel– und
Schwimmsport und in der Luftfahrt.
Die Blätter dieser Pflanzen halten wochenlang eine Luftschicht unter Wasser.
Der Dornteufel saugt Wasser aus dem Sand. Welcher Effekt ist dabei am Werk?
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Was glaubst du: In welchem Röhrchen wird das Wasser am höchsten stehen? Zeichne die Wasserpegel
in den Röhrchen im Verhältnis zueinander ein.
Wofür könnte das nützlich sein?
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Die Haut macht´s möglich
Nebeltrinkerkäfer und Dünengras standen
Pate für diese Erfindung, die in der Wüste
sehr nützlich ist.
Wassertropfen nehmen den Schmutz
auf der Lotuspflanze einfach mit. Aber
was steckt dahinter?
 Wachsnoppen auf der Oberfläche
 Kapillareffekt
Selbstreinigung ist praktisch. Welche
Anwendungsmöglichkeiten fallen dir ein?
© Moritz Holzinger - Wikimedia Commons
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Bionische Messer orientieren sich am Biberzahn. Wie schärfen sich die Zähne von
selbst? Schau dir die Zähne und Messer genau an. (Mehrere Antworten sind richtig)
 Die Zähne sind rundum mit Zahnschmelz umhüllt
 Die Zähne sind nur vorne mit Zahnschmelz bedeckt
 Der Zahnschmelz bricht immer wieder ab
 Das Zahnbein ist hart
 Der Zahnschmelz ist hart
© Dr. Joswig Walter, LfU
In welcher Form legen Bienen ihre Waben an?
Was passiert dann?
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Bei welchen Temperaturen wird das Wachs
der Waben warm?
 40°C
© Marianne Mayer - Fotolia.com
 30°C
Bienenwaben sind schwingungsselektiv. Was ist damit gemeint?
 sie verstärken alle Schwingungen
 sie dämpfen alle Schwingungen
 sie verstärken bestimmte Schwingungen und dämpfen andere
Wie von Zauberhand in Bestform
 Die Zähne von Bibern wachsen nicht nach
Der Roboter Nao besteht im Wesentlichen aus diesen Einheiten. Was sind die menschlichen Vorbilder dafür?
Mensch
Roboter
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Schaltzentrale
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Elektromotoren
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Sensoren
Im unwegsamen Gelände?
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Auf der Straße?
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Warum können Roboter unter Umständen gefährlich sein?
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An welchen Tieren orientiert sich der bionische Handlings-Assistent der Firma Festo?
Xocolatl –Wikimedia Commons
© stuporter - Fotolia.com
© Eric Isselée - Fotolia.com
Ikiwaner - Wikimedia Commons
Beschreibe kurz wie der FinRay-Effekt funktioniert. An welchen Exponaten im Bionicum kannst du den FinRay-Effekt noch beobachten?
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Was lernt der Roboter von Mensch und Tier?
Es gibt Roboter mit Rädern oder mit 2, 4, 6, 8 Beinen. Was glaubst du? Was eignet
sich besser für die Fortbewegung…
Was besagt der Bernoullie Effekt?
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Bezeichne in der Grafik die
Strömungsrichtung im
Bau. Wo herrscht Über–
und wo Unterdruck?
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Wie nennt man Solarzellen, die die pflanzliche Photosynthese nachahmen?
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Herkömmliche Solarzellen sind auf hochreines ________________ angewiesen. Dieses
wird in diesen Zellen durch ________________________ ersetzt. Fallen dir Beispiele ein?
Hibiskus, _________________________________________________________________
Was ist das?
© Susanne Boyer, isochrom Wien
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Was ist Flectofin und was ist das Vorbild dafür?
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Hell, schattig, gut gelüftet: Bionisch wohnen
In welchen Klima machen
Gebäude mit derartiger Klimatisierung Sinn und warum?
Woraus besteht Spinnenseide hauptsächlich?
 Protein
 Chitin
Welche Anwendungen in der Medizin
kennst du?
© Marco König, Piclease
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Was denkst du? Warum ist es so schwierig, Spinnenseide in Spinnenfarmen wie in der
Seidenraupenproduktion zu produzieren?
 Spinnen stellen die Seidenproduktion in Gefangenschaft ein
 Spinnen sind größtenteils Kannibalen
 Spinnen produzieren in Gefangenschaft Seide von minderer Qualität
 Spinnen gehen in Gefangenschaft ein
 Seine Füße funktionieren wie kleine Saugnäpfe und haften sich mit
Unterdruck an die Decke.
 Seine Füße haben sehr viele feine
Haare, die elektrostatisch an der
Decke haften.
Svdmolen, wikicommons
Welche physikalischen Kräfte sind dafür verantwortlich, dass der Gecko so gut an der
Oberfläche haftet?
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Die Kräfte, mit denen der Gecko an der Decke haftet sind in der Summe enorm. Wie
schafft er es, diese zu überwinden? Schau dir dazu auch den Stempel an.
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Kleine Teilchen mit großer Wirkung
Wie schafft es der Gecko an der Decke zu laufen ohne herunterzufallen?
Welche Aussagen treffen auf Schwarmintelligenz zu:
 Durch das Zusammenspiel einfacher
Akteure erwächst eine Höhere Leistung
 Schwarmintelligenz kommt durch die
Intelligenz eines einzelnen Anführers zustande.
© Richard Bartz, Wikimedia Commons
Ameisenalgorithmen schauen sich die effiziente Futtersuche bei den Ameisen ab. Was
hilft den Ameisen dabei? (Mehrere Antworten sind richtig.)
 Duftstoffe
 Fußspuren
 Verfolgen von Futterkonkurrenten
 Ausreißer innerhalb der Ameisengruppe
 Verfolgen des immer gleichen Wegs
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Hier siehst du ein Beispiel: Worum handelt
es sich?
© NASA, public domain
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Mittlerweile stecken evolutionäre Methoden in sehr vielen industriellen Produkten.
Kreuze diejenigen an, bei denen du dir die Anwendung als sinnvoll vorstellen
kannst. (Mehrere Antworten sind richtig.)
 Winglets für Flugzeuge
 Kaffeemischungen
 Profile von Autoreifen
 Regeln für Teamarbeit in Unternehmen
 Ästhetische Wirkung von Musikstücken
Pfiffig organisiert wie die Ameisen
Was sind evolutionäre Algorithmen und
was ist das Vorbild dafür?
Jetzt hast du einige Beispiele der Bionik bereits kennen gelernt. Ergänze die folgende
Tabelle.
Biologisches Vorbild
Technische Erfindung
Langlaufski, Prothesen
Salvinia-Textil für Schiffe
Küchen- und Industriemesser
Schwimmanzüge, Beschichtungen für
Luftfahrt und Schifffahrt
Technische Kapillare
Geckotape
Bionische Spiegel für Solarkraftwerke
Finde das nebenstehende Foto in der Ausstellung. Es zeigt die Namib Wüste in Afrika.
Einige Tierarten haben sich wohl verlaufen.
Welche Tierarten kommen in diesem Lebensraum NICHT vor?
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Was denkst du? Warum ist es für Bioniker so wichtig, die Artenvielfalt zu erhalten?
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Was gefährdet deiner Meinung nach die Artenvielfalt?
 Zerstörung natürlicher Lebensräume
 Fortbewegung mit dem Fahrrad
 Monokulturen in der Landwirtschaft
 Klimaveränderung
 Zivilisationsmüll
 Bejagung / Überfischung
 Umweltbewusste Lebensweise
 Einkaufen von regionalen/
saisonalen Produkten
Zusammenfassung
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