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E-Book

Bionik als Wissenschaft

Erkennen - Abstrahieren - Umsetzen

AutorWerner Nachtigall
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl220 Seiten
ISBN9783642103209
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis67,43 EUR
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.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis9
A Biologische Basis: erforschen, beschreiben, beurteilen14
1 Wissenschaftstheoretische Überlegungen zu den Substratender Biologie15
1.1 Wissenstypen und Grundbezug auf die belebte Welt15
1.2 Organismus oder System?17
1.3 Kennzeichen belebter Systeme18
1.4 Adäquate Beschreibung biologischer Systemedurch Nachbarwissenschaften19
1.5 Prinzip der einfachsten Erklärungsmöglichkeit21
1.6 Biologie als Naturwissenschaft21
1.7 Physikalismus und Reduktionismus21
1.7.1 Physikalismus und Vitalismus21
1.7.2 Reduktionismus bzw. reduktiver Physikalismus22
1.7.3 Nicht reduktiver Physikalismus22
1.7.4 Pragmatische Position24
1.8 Analyse und Synthese – Biologie und Technik24
2 Vorgehensweise in der Biologie26
2.1 Beobachtung und Beschreibung26
2.1.1 Beobachtung mit den Sinnesorganen26
2.1.2 Beobachtungen mit Geräten27
2.1.3 Die angemessene Beschreibung28
2.1.4 In welchen Fällen reicht die Methode,,Beobachtung und Beschreibung`` aus?31
2.1.5 In welchen Fällen reicht die Methode,,Beobachtung und Beschreibung`` nicht aus?32
2.1.6 Allgemeine Bedeutung der Methode,,Beobachtung und Beschreibung`` in der Biologie33
3 Das Experiment34
3.1 Typen von Experimenten34
3.1.1 Das qualitative Experiment34
3.1.2 Das quantitative Experiment35
3.2 Prinzipien für das Experiment36
3.2.1 Prinzip der kleinen Schritte36
3.2.2 Prinzip der indirekten Messung38
3.2.3 Prinzip der Lösung einer Struktur aus dem Verband38
3.2.4 Prinzip der Reproduzierbarkeit39
3.2.5 Prinzip der gezielten Ausschaltung40
3.3 Korrelation und Kausalverknüpfung40
4 Schlussfolgern, Beurteilen und Erklären in der Biologie43
4.1 Die induktive und die deduktive Methode43
4.1.1 Induktive Methode43
4.1.2 Deduktive Methode44
4.1.3 Beispiele44
4.2 Die Induktion als Grundmethode des Schlussfolgernsin der naturwissenschaftlichen Forschung46
4.3 Die ,,deduktive Komponente`` induktiver Schlussfolgerung47
4.4 Hypothesenprüfung durch konstruierte Einzelfälle48
4.5 Analyse und Synthese50
4.6 Das vierfache Methodengefüge der Induktion (Max Hartmann)50
4.6.1 Teilschritte eines logisch einheitlichen Gefüges50
4.6.2 Analytische Fehler51
4.7 Die reine oder generalisierende Induktion51
4.7.1 Definition51
4.7.2 Prinzip der Methode52
4.7.3 Zur Leistungsfähigkeit der Methode53
4.8 Die exakte Induktion53
4.8.1 Definition53
4.8.2 Prinzip der Methode54
4.8.3 Zur Leistungsfähigkeit der Methode55
4.9 Das Kausalitätsprinzip55
4.9.1 Ordnungsprinzip55
4.9.2 Grundfrage56
4.9.3 Kausalverknüpfung zweier Phänomenen56
4.9.4 Kausalverknüpfung mehrerer Phänomene56
4.9.5 Das ,,widerspruchsfreie Schachtelsystem``58
4.10 Kausalität und Statistik58
4.10.1 Verbindlichkeit eines einzigen Experiments58
4.10.2 Unsicherheit kausaler Zuordnungdurch nicht berücksichtigte Zwischenstufen58
4.11 Finalität und Heuristik60
4.11.1 Grundvorstellungen finaler Betrachtungsweisen60
4.11.2 Teleologie und Zweckhaftigkeit61
4.11.3 Erklärungswert finaler und kausaler Beziehungen62
4.11.4 Problemfindung durch finale Betrachtungsweisen64
4.12 Grenzüberschreitungen65
4.13 Wertung biologischer Ergebnisse66
4.13.1 Erklären, verstehen, vorhersagen66
4.13.2 Verwerfen überholter Ergebnisse67
4.13.3 Von der Person unabhängige Wertung67
4.13.4 Zwang, vorhandenes Wissen zu benutzen67
B Abstraktion biologischer Befunde:Herausarbeitung allgemeiner Prinzipien69
5 Funktion und Design70
5.1 Funktion71
5.1.1 Kennzeichnung und Anschluss an den Designbegriff71
5.1.2 Funktionsausprägung und Funktionsarten72
5.1.3 Funktion und Komplexität73
5.2 Design78
5.2.1 Versuch einer Kennzeichnung78
5.2.2 Biologisches Design, betrachtet aus dem Blickwinkel bionisch orientierter Formgestalter80
5.2.3 Biologisches Design in der Sichtweise der Philosophen82
5.2.4 ,,Generelles Design`` als Überbegriff86
6 Modellmäßige Abstraktion des biologischen Originalsals Grundlage für die bionische Übertragung von Prinzipien87
6.1 Modellbildung als Basis für die Abstraktion von Prinzipien87
6.1.1 Die Natur als Abstraktionsbasis87
6.1.2 Das Modell als spezifizierte Relation zur Natur89
6.1.3 Erkenntnistheoretische Kritik des Modellbegriffs91
6.1.4 Das Modell als Abbild und zugleich Vorbild92
6.2 Zum Problem der Modellübertragung94
6.2.1 Prinzipien und Kritik94
6.2.2 Versuch einer Zuordnung95
6.2.3 Analogieforschung98
6.2.4 Analogie und neopragmatische Modelltheorie105
6.3 Biologische Erkenntnis und modellmäßige Abstraktion112
6.3.1 Mechanische Modelle mechanischer Originale113
6.3.2 Mechanische Modelle nicht mechanischer Originale115
6.3.3 Elektrische Modelle elektrischer Originale116
6.3.4 Elektrische Modelle nicht elektrischer Originale117
6.3.5 Chemische Modelle120
6.3.6 Kybernetische Modelle120
6.3.7 Nachrichtentechnische Modelle121
6.3.8 Mathematische Modelle122
6.3.9 Denkmodelle123
6.4 Schlussfolgerungen zur modellmäßigen Abstraktion123
C Umsetzung in die Technik:Konzeptuelles, Prinzipienvergleich, Vorgehensweise124
7 Bionik als naturbasierter Ansatz125
7.1 Zum Naturbegriff – Antithese zur Technikoder grundsätzliche Identität?125
7.1.1 Lernen von der Natur125
7.1.2 Beispiele127
7.2 Zur wissenschaftsphilosophischen Thesevon der Naturnachahmung durch Bionik128
7.2.1 Typisierung der Bionik128
7.2.2 Zur Nachahmungsthese der Bionik, Nachahmungstypen130
7.3 Kann Ästhetik einen Nachahmungstyp darstellen?132
7.3.1 Eine Betrachtungskategorie?132
7.3.2 Ein Ordnungsprinzip?132
7.4 ,,Von der Technik zum Leben`` oder ,,vom Leben zur Technik``?133
7.4.1 Philosophie und Pragmatismus133
7.4.2 Organismus und Maschine134
7.4.3 Technik und biologische Evolution135
7.5 Effizienz und Optimierung135
7.5.1 Nochmals: zum Zweckmäßigkeits- und Optimierungsbegriff136
7.5.2 Optimierungskriterien als heuristische Prinzipien138
8 Bionik als interdisziplinärer Ansatz141
8.1 Interdisziplinarität, Technowissenschaft und Zirkulation141
8.2 Perspektivenwechsel durch Technowissenschaften143
8.3 Zum Zirkulationsprinzip145
9 Bionik als konzeptueller Ansatz148
9.1 Definitionen148
9.1.1 Technische Biologie148
9.1.2 Bionik149
9.1.3 Technische Biologie und Bionik als Antipoden151
9.2 Bionik – eine fachübergreifende Vorgehensweise154
9.2.1 Formalisierung des Naturvergleichs154
9.2.2 Analogieforschung am Anfang157
9.2.3 Vorgehensweise der Zusammenarbeit160
9.2.4 Stufen der Zusammenarbeit162
9.2.5 Typen technologischer Übertragung167
9.2.6 Sichtweise des VDI169
9.2.7 Bionikdarstellungen170
9.3 Bionik – ein Denkansatz176
9.3.1 Zehn Grundprinzipien natürlicher Systememit Vorbildfunktion für die Technik177
9.3.2 Vermittlung der Grundprinzipien179
9.4 Bionik – eine Lebenshaltung179
9.4.1 Das Naturstudium verleiht Einsichten179
9.4.2 Eine neue Moral als Basis allen Handelns180
9.5 Was kann von Bionik letztlich erwartet werden?181
9.5.1 Bionik sollte richtig eingeschätzt werden181
9.5.2 Vorgehen gestern und morgen181
10 Bionik als Ansatz zum strukturierten Erfinden183
10.1 Bionik bei BR, TRIZ, SIT und anderen Entwicklungsmethoden183
10.1.1 BR: ,,Brainstorming``184
10.1.2 TRIZ: Theorie des erfinderischen Problemlösens(russ. Abk.)184
10.1.3 SIT: ,,Structured Inventive Thinking``186
10.1.4 NM: Methode von Nakayama Masakazu188
10.1.5 YN/ARIZ 02: Methode von Yoshiki Nakamura190
10.1.6 NAIS: ,,Naturorientierte Inventionsstrategie``193
10.1.7 LU: ,,Luscinius-Methode``198
Literaturverzeichnis205
Personenverzeichnis212
Sachverzeichnis215

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