Elementa im Museum für Technik und Arbeit
Selbständig experimentieren und spielerisch die Welt der Naturwissenschaft, Technik, Wahrnehmung, Psychotechnik oder Kommunikation erleben und verstehen. Ein super "Mitmach-Museum"!
Elementa 1
Wer die hochtechnisierte Welt von heute und ihre Zukunftserwartungen besser verstehen möchte, sollte einen Blick in die Zukunftswerkstätten des 17. und 18. Jahrhunderts werfen. Denn in diesen Zeiten des Aufbruchs wurden die Grundlagen zu unserer modernen, hochtechnisierten Lebenswelt gelegt. Bei den hier eingerichteten Experimenten geht es um das "Woher und Wozu": um historische Zusammenhänge, industrielle Anwendung und alltäglichen Nutzen. Die Besucher können selbst ausprobieren, mit welchen Hilfsmitteln man Lasten heben kann. Versuche mit Elektisiermaschinen begleiten in die physikalischen Kabinette. Schattenspiele, Expermimente mit Spiegeln, Prismen und Linsen führen den Besuchern elementare optische Effekte vor Augen.
Leonardo da Vinci entwickelte im 15. Jahrhundert für militärische Zwecke eine leichte Bogenbrücke, die sich einfach transportieren und schnell zusammenbauen ließ. Beim Bau dieser Brücke erfahren die Besucher, wodurch die Konstruktion so stabil ist und wie dieses Wissen noch heute unter anderem bei der Herstellung von Faltschachteln eingesetzt wird. Und wer noch nicht weiß, welche Räder am besten auf Schienen rollen: einfach ausprobieren!
Elementa 2
In der Elementa 2 wird mit einfachen Mitteln Strom erzeugt. Man kann herausfinden, wie man diesen über große Entfernungen transportiert, wie er Elektromotoren antreibt oder Glühbirnen zum Leuchten bringt.
Welche Arten der Erzeugung und Weiterleitung von Schwingungen es gibt, kann man durch Experimentieren an großen Federn oder an einer Wellenwanne erfahren.
Warum ein Flugzeug fliegt, obwohl es doch schwerer ist als Luft, probiert man am besten selbst in einem kleinen Windkanal aus. Bei weiteren Strömungs-Experimenten lernt man andere Druck- und Sogwirkungen von Luft und Flüssigkeiten kennen.
Elementa 3
Im gleichen Gebäude führt die Dauerausstellung des Landesmuseums für Technik und Arbeit durch die Entwicklung der letzten zwei Jahrhunderte.
Neu: „Bionik – Zukunftstechnik lernt von der Natur
Nach dem Vorbild des Menschen: Bionische Handprothese mit neuartigen Fluidaktoren. Institut für Angewandte Informatik, Forschungszentrum Karlsruhe. (Bild: Landesmuseum für Technik und Arbeit in Mannheim, Klaus Luginsland)
Mit „Bionik – Zukunftstechnik lernt von der Natur“ startet das Landesmuseums für Technik und Arbeit in Mannheim ab dem 9. November 2007 mit einer neuen Ausstellungseinheit die Neueinrichtung seiner untersten Ausstellungsebene.
Dort wird das noch junge, inzwischen immer populärer werdende Wissenschaftsgebiet Bionik mit aktuellen Beispielen präsentiert.
Die Kombination der Begriffe "Biologie" und "Technik" ist Grundlage des jungen, interdisziplinären Forschungsgebiets, das Biologie vor allem mit den Ingenieurwissenschaften, der Architektur und der Mathematik verbindet. Problemlösungen der Natur werden in den Bereich der Technik übertragen, um die in Jahrmillionen entwickelten und optimierten "Erfindungen der Natur" zu nutzen.
Es ist verblüffend, dass Natur und Technik bisweilen sehr ähnliche Problemlösungen gefunden haben. Die technischen Lösungswege wurden dabei meist ganz ohne Vorkenntnis der Natur entwickelt. Solche Analogien haben zwar mit Bionik nach heutigem Verständnis nichts zu tun, dennoch erscheint die technische Lösung fast wie eine Kopie der Natur.
Jahrhundertelang bemühten sich die Menschen vergeblich, sich vogelgleich mit schlagenden Flügeln in die Lüfte zu erheben. Die exakte Nachahmung des Vogelfluges, per Muskelkraft mit eigenem Schlagflügelpaar gleichzeitig Vor- und Auftrieb zu erzeugen, führte in eine entwicklungsgeschichtliche Sackgasse. Erst Otto Lilienthal erfüllte den Traum vom Fliegen, indem er sich bewusst auf den reinen Gleitflug konzentrierte.
Die Eigenschaften von Vögeln und Fischen werden unter bionischen Gesichtspunkten besonders intensiv erforscht. Vortriebs- und Auftriebsmechanismen, Körperform und Oberflächenbeschaffenheit stehen im Mittelpunkt des Interesses. Die Natur hält hierzu eine Vielzahl fantastischer Lösungen parat, die in der bionischen Hydro- und Aerodynamik analysiert und für technische Anwendungen aufbereitet werden.
Als eine der größten Erfindungen gilt das Rad. Es bedarf jedoch ebener, hindernisfreier Straßen oder Schienen und ist hilflos in unwegsamem Gelände. Dem setzt die Natur als Bewegungsorgane Beine gegenüber. Die bionische Robotik studiert die Methodik und Steuerung natürlicher Laufapparate, etwa bei Insekten, und nutzt diese Erkenntnisse zum Bau von Laufmaschinen.
Die Natur hat eine Fülle von Sensoren entwickelt: für Licht, Schall, elektrische und magnetische Felder, Berührung und Erschütterung. Der Mensch verfügt nur über einen Teil dieser Sensoren. Er hat kein Organ für die Ortung von infrarotem Licht wie zum Beispiel die Klapperschlange oder für die Echolotung mit Ultraschall wie Delfine und Fledermäuse. Erst mit modernen technischen Verfahren ist es ihm möglich geworden, künstliche Sinnesorgane in diesem Bereich zu schaffen.
Die Natur verfügt über eine enorme Palette von Mikrosystemen. Dazu gehören Miniaturgelenke und -pumpen, Koppeleinrichtungen, Filtrationssysteme, Miniaturgetriebe und Energiespeicher ebenso wie kleinste Sensorsysteme. Zwischen diesen natürlichen Systemen und den von Menschen geschaffenen liegen einige Größenordnungen. Erst in jüngster Zeit gelingt es, mit Hilfe der Mikrosystemtechnik Geräte herzustellen, die die Dimensionen solcher natürlicher Systeme haben.
Der Aufbau von Pflanzen und Tierskeletten gilt als meisterliche Konstruktion. Die erforderlichen Festigkeiten werden bei kleinstmöglichem Gewicht und geringstem Materialaufwand erreicht. Mit bionischem Bauteiledesign versucht man, diese erstrebenswerten Eigenschaften auch auf technische Konstruktionen zu übertragen. Biologische Systeme zeichnen sich auch durch besonders harmonische Formen und Farben aus. In der Architektur führen Seifenhaut-, Hängenetz- oder Gitterschalenmodelle zu funktional und ästhetisch überzeugenden Lösungen.
Faltstrukturen in der Natur helfen Platz sparen oder Platz schaffen, etwa für Wachstum oder Bewegung. Sie können darüber hinaus auch schützen oder festigen. So entstehen nach dem Prinzip der Palmblätter kinetisch gekoppelte Faltflächen, die im aufgefalteten Zustand formstabil sind und sich dennoch zuverlässig auf- und zusammenfalten lassen. Technisch angewandt wird dies in der Verpackungsindustrie oder in der Raumfahrt.
Mit Hilfe der Energeto- und Klimabionik versucht man, die vorhandenen begrenzten Energievorräte zu schonen und neuartige Energiequellen zu erschließen. Das Prinzip der Photosynthese wird bei der Entwicklung neuartiger Photovoltaik-Zellen zur Stromgewinnung eingesetzt. In der Bautechnik wendet man nach dem Vorbild der Natur die transparente Wärmedämmung an.
Technische Konstruktionen entstehen im Allgemeinen zielgerichtet. Die Strukturen der Natur dagegen entstehen durch Versuch und Irrtum, das heißt durch zufällig auftretende kleine Änderungen im Erbgut, die bewahrt oder verworfen werden, je nachdem, ob sie einen Überlebensvorteil bringen oder nicht. Dies führt zur Optimierung von biologischen Strukturen und Prozessen. Diese Strategie von Versuch und Irrtum kann auch zur Lösung technischer Probleme oder zur Optimierung technischer Produkte eingesetzt werden.
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