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Fin Ray Effect

Als Leif Kniese, ein Bioniker, in Norwegen fischte, bemerkte er, dass die Flossen von Knochenfischen interessante mechanische Eigenschaften haben. Als er seinen Finger gegen die Schwanzflosse des gefangenen Fisches drückte, verbog sich, diese anders als erwartet, nicht. Tatsächlich verbog sich die Schwanzflosse in Richtung seines Fingers. Bei weiteren Untersuchungen stellte er fest, dass der Grund dafür in der Struktur der Schwanzflosse lag. Die Knochen der Flosse bestanden aus zwei knorpeligen Längsstrahlen. Diese Längsstrahlen sind durch elastisches Gewebe miteinander verbunden, weshalb sie sich bei Belastung aufeinander zu bewegen. Die technische Umsetzung dieser Struktur führte zur Entwicklung des Fin Ray Effect. Das Grundelement ist ein spitzes Dreieck mit flexiblen Seiten. Die beiden Seiten sind durch Streben oder Rippen miteinander verbunden.

Der Fin Ray Effect ist ein Beispiel für den Bottom-up-Prozess, bei dem Wissenschaftler ein natürliches Phänomen untersuchen und es dann zur Lösung eines technischen Problems einsetzen.

Sieh Dir das Video an, um mehr über den Fin Ray Effect zu erfahren. Danach klicke auf die PDFs, um zu einer Fin Ray Bastelvorlage-Vorlage zu gelangen. Sobald der Papier-Fin Ray fertig gebastelt ist, nimm Dir die Zeit, um zu prüfen, wie Dir diese technische Lösung für den Aufbau des bionischen Roboters „Bionic Fish“ helfen kann.

Äußere Anatomie eines Knochenfisches

Mit mehr als 15.000 Arten sind die Knochenfische die größte Fischgruppe. Die Knochenfische haben – wie der Name schon sagt – ein knöchernes Skelett. Jede der Flossen eines Knochenfisches hat einen bestimmten Zweck. Die Schwanzflosse (1) hilft beim Lenken und steuert die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung. Bei einem Knochenfisch sind die Ober- und Unterlappen der Schwanzflosse symmetrisch. Die Analflosse (2) hilft dem Fisch bei der Stabilität und sorgt dafür, dass der Fisch nicht von einer Seite zur anderen rollt. Die beiden Beckenflossen (3) unterstützen das Gleichgewicht und die Lenkung. Die Fische können sie auch als Bremse einsetzen, wenn sie langsamer schwimmen oder anhalten wollen. Der Fisch benutzt seine Brustflossen (4) einzeln, um sich in beide Richtungen zu drehen oder die Auf- und Abbewegungen zu steuern. Die Rückenflosse (5) wirkt wie ein Kiel auf einem Boot und hilft, den Fisch aufrecht und stabil zu halten.

Fisch vs. Säugetiere

Meeressäugetiere, wie Wale und Delfine, haben Flossen, um sich unter Wasser fortzubewegen. Bei Fischen ist das ähnlich. Meeressäuger bewegen sich hauptsächlich mit Hilfe ihrer horizontal angeordneten Schwanzflosse fort, dabei klappt ihr Schwanz auf und ab, während sich ein Fisch durch das Wasser fortbewegt, indem er seine vertikal stehende Schwanzflosse von Seite zu Seite bewegt.

Grundlegende Fischschwanzformen

Aufgeführt sind einige grundlegende Fischschwanzformen:

  1. mondförmig oder halbmondförmig
  2. gespalten
  3. abgeschnitten
  4. eingekerbt
  5. abgerundet
  6. doppelt eingekerbt
  7. spitz

Was ist eine Schwimmblase?

Hast Du Dich schon einmal gefragt, wie Fische es fertigbringen, den ganzen Tag im Wasser zu schwimmen? Grund dafür ist ihre Schwimmblase. Dieses Organ verhindert, dass die Fische absinken. Das Körpergewebe von Fischen ist dichter als Wasser. Die Schwimmblase in ihrem Körper wirkt wie ein Ballon und füllt sich mit Gas. Dieses Gas erzeugt Auftrieb, der dem Gewicht der Fische entgegenwirkt. Zusätzlich zum Auftrieb können sich die Muskeln um die Schwimmblase herum zusammenziehen und das Volumen reduzieren, sodass der Fisch weniger Wasser verdrängt. Der Fisch ist damit schwerer und kann nun sinken. Die Schwimmblase ermöglicht es den Fischen, ihren Auftrieb zu kontrollieren, sodass der Massenschwerpunkt unter dem Volumenschwerpunkt liegt. Dadurch kann sie als Stabilisator wirken.

Da der „Bionic Fish“ keine Schwimmblase hat, muss ein anderer Weg gefunden werden, um den Roboterfisch auszubalancieren. Du kannst eine kleine Plastiktüte mit Sand füllen und im Roboterfisch befestigen. Möglicherweise musst Du das Gewicht und die genaue Lage im Korpus ein paar Mal testen, bevor der „Bionic Fish“ sich optimal im Wasser fortbewegt.