Sinnesleistungen der Tiere

Aufnahme einer Libelle

Bionik

Sinnesleistungen der Tiere

Die Sinne der Tiere sind perfekt auf ihre Umgebung abgestimmt. Über chemische, elektrische oder akustische Signale kommunizieren sie und orientieren sich unter Wasser, zu Lande oder in der Luft. Vögel können sogar das Magnetfeld der Erde wahrnehmen. Insekten reagieren auf Infrarotstrahlung. Ihre speziellen Sinnesleistungen können Tiere auch vor Gefahren warnen oder zum Beutefang dienen. Bioniker versuchen, von den Vorbildern der Natur zu lernen.

Kommunikation nach dem Vorbild der Delfine

Für den Menschen ist die Kommunikation unter Wasser extrem schwierig. Licht und Funkwellen werden im Meer nur schlecht übertragen. Akustische Signale können wir Menschen zwar besser hören, aber differenzierte Informationen sind auch auf diesem Wege kaum weiterzuleiten. Durch Reflexionen der Schallwellen unter Wasser gehen viele Informationen verloren.

Für U-Boote sind Funkbojen oder Auftauchen an die Wasseroberfläche beim Informationsaustausch immer noch unerlässlich. Wale und Delfine können sich im Gegensatz zum Menschen mit Leichtigkeit unter Wasser verständigen. Die Mehrfachreflexionen des Schalls an Gestein oder wechselnden Wasserschichten behindern sie nicht. Sie verständigen sich mit Ultraschalllauten und wechseln dabei ständig die Frequenz. Delfine "singen" über mehrere Oktaven im Ultraschallbereich, wie Bioniker sagen. Sie können einzelne Töne trotz vieler Echos anhand der Tonhöhe unterscheiden.

Nach dem gleichen Modulations-Prinzip haben Bioniker aus Berlin ein "Unterwasser-Modem" entwickelt, das detaillierte Informationen ebenfalls per Ultraschallsignal über große Distanzen übertragen kann. Solche Modems könnten bei der Steuerung von Unterwasserrobotern zum Einsatz kommen, die zum Beispiel hilfreich für die Überprüfung von Meeresbohrungen oder Ölpipelines wären.

Ein anderer Einsatzzweck wäre die Datenübertragung von Sonden auf dem Meeresgrund an eine Empfangsstation an der Oberfläche. Auf diese Art und Weise könnten "Delfin-Modems" auch zur Etablierung eines Tsunami-Frühwarnsystems genutzt werden.

Orientierung mit Ultraschall

Delfine nutzen Ultraschalllaute nicht nur zur Verständigung, sondern auch zur Orientierung. Genau wie Fledermäuse verfügen Delfine über ein natürliches Sonarsystem. Das Prinzip: Je weiter ein Gegenstand entfernt ist, desto mehr Zeit benötigen die Echos, um nach der Reflexion zurückzukehren.

Doch das ist noch nicht alles. Das Delfin-Sonar lässt auch einen Rückschluss auf die stoffliche Zusammensetzung von Objekten zu. Jeder Gegenstand erzeugt nämlich ein ganz charakteristisches Reflexionsspektrum, indem er bestimmte Frequenzen schluckt, andere dagegen reflektiert.

Aufnahme von Delfinen

Forscher machen sich das Prinzip des Delfin-Sonars zunutze

In Experimenten erwies sich die analytische Fähigkeit der Delfine als erstaunlich genau. Mithilfe ihres Sonars konnten sie sogar unterschiedliche Stahlsorten noch aus großer Entfernung unterscheiden. Forscher haben bereits Sensoren entwickelt, die nach dem Prinzip des Delfin-Sonars bei der Kartierung des Meeresbodens sowie bei der Suche nach Erdölvorkommen und gefährlichen Munitionsresten helfen könnten. An die hohe Auflösung des natürlichen Vorbilds reicht die technische Umsetzung allerdings bei Weitem noch nicht heran.

Orientierung per Elektrosinn

Einige Fische nutzen zur Orientierung im trüben Wasser die elektrische Leitfähigkeit von Objekten. Der nachtaktive Elefantenrüsselfisch erzeugt mithilfe eines elektrischen Organs bis zu 1700 elektrische Impulse pro Sekunde.

Dabei baut sich um ihn herum ein elektrisches Feld auf, das durch benachbarte Gegenstände beeinflusst wird, abhängig davon, wie gut diese Objekte den elektrischen Strom leiten, und wie viele elektrische Ladungen sie aufnehmen können. Der Fisch erhält auf diese Weise nicht nur einen räumlichen Eindruck, sondern erkennt auch die materielle Beschaffenheit seiner Umgebung.

Für Elektrosensoren nach dem Vorbild des Elefantenrüsselfischs gibt es zahlreiche Einsatzmöglichkeiten: Überall dort, wo schlechte Sichtverhältnisse herrschen und nach Möglichkeit kontaktfrei die Umgebung vermessen werden soll, zum Beispiel in Hochöfen oder Kläranlagen. In der Medizin könnte ein solcher Sensor sogar Leben retten. Bonner Wissenschaftler haben einen Prototypen entwickelt, der Ablagerungen in Herzkranzgefäßen nach dem Prinzip der Elektroortung zuverlässig anzeigen soll.

Feuermelder nach Insektenvorbild

Der Schwarze Kiefernprachtkäfer besitzt die erstaunliche Fähigkeit, Infrarotstrahlung wahrnehmen zu können. Auf diese Weise soll er Waldbrände sogar noch aus einer Distanz von 80 Kilometern aufspüren können. Im verkohlten Holz entwickeln sich die Larven des Käfers.

Die Infrarot-Sinnesorgane des Käfers bestehen aus einer Art Druckbehälter, der sich durch die Strahlung erwärmt und dabei ausdehnt. Spezielle Filter sorgen dafür, dass nur bestimmte Wellenlängen durchgelassen und detektiert werden. Für Menschen ist diese Infrarotstrahlung dagegen – wie für die meisten Tiere – unsichtbar.

Bonner Forscher haben es geschafft, nach diesem Prinzip einen Infrarotsensor zu bauen, der vor allen Dingen in Brandmeldern sinnvoll eingesetzt werden könnte. Waldbrände verursachen in Europa jährlich einen Schaden von circa 2,5 Milliarden Euro.

Professionelle Wärmebildkameras auf der Basis von Halbleitermaterialien sind zwar teilweise noch wesentlich empfindlicher, aber auch viel teurer. Sie kosten etwa so viel wie ein gehobener Mittelklassewagen und müssen im Betrieb mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden. Die Sensoren nach dem Vorbild des Kiefernprachtkäfers könnten dagegen hauptsächlich aus Kunststoffen gefertigt werden – mit Materialkosten von wenigen Euro.

Autor: Tobias Schlößer

Stand: 04.02.2016, 09:00

Darstellung: