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E-Book

Bionik als Wissenschaft

Erkennen - Abstrahieren - Umsetzen

Autor	Werner Nachtigall
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2010
Seitenanzahl	221 Seiten
ISBN	9783642103209
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	99,99 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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Inhaltsverzeichnis

A Biologische Basis: erforschen, beschreiben, beurteilen	14
1 Wissenschaftstheoretische Überlegungen zu den Substratender Biologie	15
1.1 Wissenstypen und Grundbezug auf die belebte Welt	15
1.2 Organismus oder System?	17
1.3 Kennzeichen belebter Systeme	18
1.4 Adäquate Beschreibung biologischer Systemedurch Nachbarwissenschaften	19
1.5 Prinzip der einfachsten Erklärungsmöglichkeit	21
1.6 Biologie als Naturwissenschaft	21
1.7 Physikalismus und Reduktionismus	21
1.7.1 Physikalismus und Vitalismus	21
1.7.2 Reduktionismus bzw. reduktiver Physikalismus	22
1.7.3 Nicht reduktiver Physikalismus	22
1.7.4 Pragmatische Position	24
1.8 Analyse und Synthese – Biologie und Technik	24
2 Vorgehensweise in der Biologie	26
2.1 Beobachtung und Beschreibung	26
2.1.1 Beobachtung mit den Sinnesorganen	26
2.1.2 Beobachtungen mit Geräten	27
2.1.3 Die angemessene Beschreibung	28
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 Biologie	33
3 Das Experiment	34
3.1 Typen von Experimenten	34
3.1.1 Das qualitative Experiment	34
3.1.2 Das quantitative Experiment	35
3.2 Prinzipien für das Experiment	36
3.2.1 Prinzip der kleinen Schritte	36
3.2.2 Prinzip der indirekten Messung	38
3.2.3 Prinzip der Lösung einer Struktur aus dem Verband	38
3.2.4 Prinzip der Reproduzierbarkeit	39
3.2.5 Prinzip der gezielten Ausschaltung	40
3.3 Korrelation und Kausalverknüpfung	40
4 Schlussfolgern, Beurteilen und Erklären in der Biologie	43
4.1 Die induktive und die deduktive Methode	43
4.1.1 Induktive Methode	43
4.1.2 Deduktive Methode	44
4.1.3 Beispiele	44
4.2 Die Induktion als Grundmethode des Schlussfolgernsin der naturwissenschaftlichen Forschung	46
4.3 Die ,,deduktive Komponente`` induktiver Schlussfolgerung	47
4.4 Hypothesenprüfung durch konstruierte Einzelfälle	48
4.5 Analyse und Synthese	50
4.6 Das vierfache Methodengefüge der Induktion (Max Hartmann)	50
4.6.1 Teilschritte eines logisch einheitlichen Gefüges	50
4.6.2 Analytische Fehler	51
4.7 Die reine oder generalisierende Induktion	51
4.7.1 Definition	51
4.7.2 Prinzip der Methode	52
4.7.3 Zur Leistungsfähigkeit der Methode	53
4.8 Die exakte Induktion	53
4.8.1 Definition	53
4.8.2 Prinzip der Methode	54
4.8.3 Zur Leistungsfähigkeit der Methode	55
4.9 Das Kausalitätsprinzip	55
4.9.1 Ordnungsprinzip	55
4.9.2 Grundfrage	56
4.9.3 Kausalverknüpfung zweier Phänomenen	56
4.9.4 Kausalverknüpfung mehrerer Phänomene	56
4.9.5 Das ,,widerspruchsfreie Schachtelsystem``	58
4.10 Kausalität und Statistik	58
4.10.1 Verbindlichkeit eines einzigen Experiments	58
4.10.2 Unsicherheit kausaler Zuordnungdurch nicht berücksichtigte Zwischenstufen	58
4.11 Finalität und Heuristik	60
4.11.1 Grundvorstellungen finaler Betrachtungsweisen	60
4.11.2 Teleologie und Zweckhaftigkeit	61
4.11.3 Erklärungswert finaler und kausaler Beziehungen	62
4.11.4 Problemfindung durch finale Betrachtungsweisen	64
4.12 Grenzüberschreitungen	65
4.13 Wertung biologischer Ergebnisse	66
4.13.1 Erklären, verstehen, vorhersagen	66
4.13.2 Verwerfen überholter Ergebnisse	67
4.13.3 Von der Person unabhängige Wertung	67
4.13.4 Zwang, vorhandenes Wissen zu benutzen	67
B Abstraktion biologischer Befunde:Herausarbeitung allgemeiner Prinzipien	69
5 Funktion und Design	70
5.1 Funktion	71
5.1.1 Kennzeichnung und Anschluss an den Designbegriff	71
5.1.2 Funktionsausprägung und Funktionsarten	72
5.1.3 Funktion und Komplexität	73
5.2 Design	78
5.2.1 Versuch einer Kennzeichnung	78
5.2.2 Biologisches Design, betrachtet aus dem Blickwinkel bionisch orientierter Formgestalter	80
5.2.3 Biologisches Design in der Sichtweise der Philosophen	82
5.2.4 ,,Generelles Design`` als Überbegriff	86
6 Modellmäßige Abstraktion des biologischen Originalsals Grundlage für die bionische Übertragung von Prinzipien	87
6.1 Modellbildung als Basis für die Abstraktion von Prinzipien	87
6.1.1 Die Natur als Abstraktionsbasis	87
6.1.2 Das Modell als spezifizierte Relation zur Natur	89
6.1.3 Erkenntnistheoretische Kritik des Modellbegriffs	91
6.1.4 Das Modell als Abbild und zugleich Vorbild	92
6.2 Zum Problem der Modellübertragung	94
6.2.1 Prinzipien und Kritik	94
6.2.2 Versuch einer Zuordnung	95
6.2.3 Analogieforschung	98
6.2.4 Analogie und neopragmatische Modelltheorie	105
6.3 Biologische Erkenntnis und modellmäßige Abstraktion	112
6.3.1 Mechanische Modelle mechanischer Originale	113
6.3.2 Mechanische Modelle nicht mechanischer Originale	115
6.3.3 Elektrische Modelle elektrischer Originale	116
6.3.4 Elektrische Modelle nicht elektrischer Originale	117
6.3.5 Chemische Modelle	120
6.3.6 Kybernetische Modelle	120
6.3.7 Nachrichtentechnische Modelle	121
6.3.8 Mathematische Modelle	122
6.3.9 Denkmodelle	123
6.4 Schlussfolgerungen zur modellmäßigen Abstraktion	123
C Umsetzung in die Technik:Konzeptuelles, Prinzipienvergleich, Vorgehensweise	124
7 Bionik als naturbasierter Ansatz	125
7.1 Zum Naturbegriff – Antithese zur Technikoder grundsätzliche Identität?	125
7.1.1 Lernen von der Natur	125
7.1.2 Beispiele	127
7.2 Zur wissenschaftsphilosophischen Thesevon der Naturnachahmung durch Bionik	128
7.2.1 Typisierung der Bionik	128
7.2.2 Zur Nachahmungsthese der Bionik, Nachahmungstypen	130
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 Pragmatismus	133
7.4.2 Organismus und Maschine	134
7.4.3 Technik und biologische Evolution	135
7.5 Effizienz und Optimierung	135
7.5.1 Nochmals: zum Zweckmäßigkeits- und Optimierungsbegriff	136
7.5.2 Optimierungskriterien als heuristische Prinzipien	138
8 Bionik als interdisziplinärer Ansatz	141
8.1 Interdisziplinarität, Technowissenschaft und Zirkulation	141
8.2 Perspektivenwechsel durch Technowissenschaften	143
8.3 Zum Zirkulationsprinzip	145
9 Bionik als konzeptueller Ansatz	148
9.1 Definitionen	148
9.1.1 Technische Biologie	148
9.1.2 Bionik	149
9.1.3 Technische Biologie und Bionik als Antipoden	151
9.2 Bionik – eine fachübergreifende Vorgehensweise	154
9.2.1 Formalisierung des Naturvergleichs	154
9.2.2 Analogieforschung am Anfang	157
9.2.3 Vorgehensweise der Zusammenarbeit	160
9.2.4 Stufen der Zusammenarbeit	162
9.2.5 Typen technologischer Übertragung	167
9.2.6 Sichtweise des VDI	169
9.2.7 Bionikdarstellungen	170
9.3 Bionik – ein Denkansatz	176
9.3.1 Zehn Grundprinzipien natürlicher Systememit Vorbildfunktion für die Technik	177
9.3.2 Vermittlung der Grundprinzipien	179
9.4 Bionik – eine Lebenshaltung	179
9.4.1 Das Naturstudium verleiht Einsichten	179
9.4.2 Eine neue Moral als Basis allen Handelns	180
9.5 Was kann von Bionik letztlich erwartet werden?	181
9.5.1 Bionik sollte richtig eingeschätzt werden	181
9.5.2 Vorgehen gestern und morgen	181
10 Bionik als Ansatz zum strukturierten Erfinden	183
10.1 Bionik bei BR, TRIZ, SIT und anderen Entwicklungsmethoden	183
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 Masakazu	188
10.1.5 YN/ARIZ 02: Methode von Yoshiki Nakamura	190
10.1.6 NAIS: ,,Naturorientierte Inventionsstrategie``	193
10.1.7 LU: ,,Luscinius-Methode``	198
Literaturverzeichnis	205

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