Bionik als Wissenschaft (eBook)

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.

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