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Biokybernetik von Gecko und Pottwals  unter Berücksichtigung des Lennard-Jones-Potentials (Repulsions-Attraktions-Potential=RAK)

Wie arbeitet die Tauchkybernetik des Pottwals?

Wie steuert der Gecko seine seinen Haft-und Antihaftzustand?

Warum fährt ein U-Boot unter Wasser schneller als über Wasser?

Den derzeitigen Stand der Wissenschaft belegen die nachfolgenden Veröffentlichungen von 2014 und 2005(Auszug) 

Gecko

aus der Zeitschrift scinexx.de                                                         American Institute of Physics (AIP), 13.08.2014 - NPO)P. Alex Greaney,Congcong Hu ,Oregon State University                   Computational Materials Research Group

 Gecko schaltet Haftung an - und ab

Raffinierter Mechanismus ermöglicht das schnelle und energiesparende Loslassen

Patent der Natur: Wie schaffen es Geckos, dass ihre Haftfüße nur dann kleben, wenn sie es sollen? Das haben US-Forscher nun herausgefunden. Die Geckos schalten ihre Haftkraft gezielt an und aus, indem sie den Winkel und Flexibilität der winzigen Hafthärchen minimal verändern. Dadurch können die Tiere ihre Füße ohne Gezerre vom Untergrund lösen – und gewinnen dabei sogar noch einen Teil der Energie zurück, wie die Forscher im Fachmagazin "Journal of Applied Physics" berichten.

Die Haftkraft der Gecko-Füße ist legendär. Sie ermöglicht es den flinken Echsen, problemlos an senkrechten Flächen und selbst an der Decke entlang zu laufen. Möglich wird dies durch ein System von hierarchisch gegliederten Hafthaaren an ihren Füßen. Die zwischen der Oberfläche und den Härchen wirkenden Van der Waals-Kräfte halten den Geckofuß fest. "Die Härchen deformieren sich und bilden Millionen von Kontaktpunkten, von denen jeder eine kleine Last trägt", erklärt Koautor Alex Greaney von der Oregon State University. Dadurch haftet der Gecko selbst an sehr rauen Oberflächen. 

Das Loslassen ist entscheidend

Doch es gibt noch einen zweiten, ebenso entscheidenden Aspekt der Haftung: das Loslassen. Nur wenn die Haftkraft auch schnell wieder aufhört, kann der Gecko seinen Fuß vom Untergrund abheben, um einen Vorwärtsschritt zu machen. Versuche mit nachgebauten Haftsystemen zeigten bereits, dass die leichten Verdickungen an den Enden vieler tierischer Haftorgane die schnelle Ablösung vom Untergrund fördern, dies benötigt aber relativ viel Energie. 

Um herauszufinden, wie der Gecko seine Haftung steuert, untersuchten Greaney und sein Kollege Congcong Hu das physikalische Verhalten der Gecko-Hafthaare nun mit Hilfe eines mathematischen Modells. Dabei zeigte sich: "Geckofüße sind von Natur aus eigentlich nichthaftend", erklärt Greaney. "Erst ein simpler, aber genialer Mechanismus erlaubt es dem Gecko, zwischen Haften und Nichthaften hin- und her zu wechseln." 

Winkel und Scherkraft als Schalter

Wie ihr Modell enthüllte, wird die Haftkraft erst aktiviert, wenn die Haare den Untergrund in einem bestimmten Winkel berühren. Die Haftzone ist dabei stark asymmetrisch, das hilft dem Gecko dabei, in verschiedensten Ausrichtungen an der Wand zu kleben, so die Forscher. Eine winzige Scherkraft ist dabei für das eigentliche Anschalten der Haftung verantwortlich. Winkel, Flexibilität und Ausziehbarkeit der Haare wirken dabei synergistisch zusammen und das erst resultiert in der robusten und enorm tragfähigen Haftkraft. 

Umgekehrt erlauben schon geringste Veränderungen des Winkels, die Haare ohne großes Zerren wieder vom Untergrund abzulösen. Der Gecko schaltet damit seine Haftkraft sofort aus – und verliert dabei so gut wie keine Energie. Aber nicht nur das: "Eine der wirklich coolen Dinge ist, dass die Hafthaare des Geckos eine große Menge an Energie absorbieren können, diese aber auch wieder freisetzen", erkläret Greaney. 

Energie wird zurückgewonnen

Ähnlich wie eine Feder nach dem Zusammenstauchen zurückschnellt, könnten die Hafthaare dem Gecko damit sogar eine Art Zusatzschub verleihen, wenn er beispielweise plötzlich schnell wegspringt. Gleichzeitig schlucken sie die Aufprallenergie, die frei wird, wenn die Echse sich nach einem Sturz abfängt. 

Das subtile Geschehen beim An- und Abschalten der Haftung zu verstehen, könnte dazu beitragen, künstliche Haftmaterialien nach dem Gecko-Prinzip weiter zu verbessern. Auch Greaney und Hu wollen nun versuchen, in weiteren Tests und Experimenten, ihre Erkenntnisse auf solche Materialien zu übertragen. (American Institute of Physics (AIP), 13.08.2014 - NPO)                                                          

Institut für Angewandte Humankybernetik:

Die oben erwähnte Funktionsbeschreibung von Greaney und Hu, “bei der die Haftkraft erst aktiviert wird, wenn die Haare den Untergrund in einem bestimmten Winkel berühren“, ist eine Beschreibung für eine mögliche biomechanische An- und Abschaltung der Van-der-Waal-Kräfte.

Eine biokybernetische logische Erklärung (als geschlossener Regelkreis) für die Steuerung der Van-der-Waal-Kräfte ist nicht ersichtlich.

Pottwal

Zitat: Meeresbiologie 2005,Thieme, Pierre Tardent

"Die gesamte Körpertemperatur liegt bei einem Pottwal bei 37 Grad, die Temperatur seines Kopfpolsters dank Gefäß- und Gewebestrukturen nur bei 33 Grad, dabei ist das Walrat durchsichtig und flüssig. Bei einer Temperaturverringerung von 1-2 Grad färbt sich das Walrat milchig und verfestigt sich zu Wachs. Verstärkt wird dieses durch das Abstellen der Blutzirkulation. Je tiefer der Wal taucht, desto fester und dichter wird das Walrat (Wachs), weil es in größeren Tiefen immer kälter wird und der Druck zunimmt. Je tiefer er kommt, desto geringer wird das Volumen des Walrats und damit des Kopfes. Das Tier wird schwerer und kann so schneller absteigen...

...Wenn der Pottwal nach etwa 1 1/2 Stunden wieder auftauchen will, entleert er einfach nur seinen rechten Nasengang und koppelt die Blutgefäße wieder an. So erwärmt sich das Walrat wieder und dehnt sich aus. Der Pottwal steigt an die Oberfläche zurück. Nun bleibt der Pottwal 10-11 min. an der Oberfläche. Nachdem er 60-70 mal ein- und ausgeatmet hat, taucht er wieder hinab."