Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Physiker entschlüsseln Fisch-Seitenlinienorgan

01.09.2009
Neue Sinnesorgane für Roboter der Zukunft

Physiker der Technischen Universität München (TUM) haben das Seitenlinienorgan der Fische genauer unter die Lupe genommen und mathematisch entschlüsselt. In Zukunft könnten diese Erkenntnisse Robotern dazu verhelfen, sich noch sicherer durch die Welt zu bewegen.

Leo van Hemmen vom Lehrstuhl für Theoretische Biophysik am Physik-Department der TU München hat kürzlich in der Fachzeitschrift Physical Review Letters über seine Forschungsergebnisse berichtet. Das renommierte Wissenschaftsjournal Nature stellt sie in der aktuellen Ausgabe als "Research Highlight" vor.

Mit dem Seitenlinienorgan verfügen Fische und einige Amphibien über ein einzigartiges Sinnessystem, mit dem sie Objekte in ihrer näheren Umgebung abtasten, ohne direkten Körperkontakt zu ihnen zu haben. Selbst in trüben Gewässern, in die kaum mehr Licht eindringt, können etwa Hechte und Zander ihre Opfer erspüren, noch bevor sie diese tatsächlich berühren. Andere, wie etwa der blinde mexikanische Höhlenfisch, können mühelos Hindernissen ausweichen und Strukturen ihrer Umgebung erahnen. Das sind Beispiele, wo Strömungsänderungen vom Seitenliniensystem registriert werden und andere Sinne unterstützt. Der Fern-Tastsinn beruhe auf einer Messung der Druckverteilung und des Geschwindigkeitsfeldes im umgebenden Wasser, so der Forscher.

Leo van Hemmen und sein Team arbeiten seit fünf Jahren daran, die Leistungen des Seitenliniensystems zu erforschen und nach Möglichkeiten einer technischen Umsetzung zu suchen. Dazu wollen die Forscher zum Beispiel wissen, wie groß die Reichweite des Sinnesorgans ist und welche Auskunft es über bewegte Objekte geben kann. Um solchen Fragen auf den Grund zu gehen, haben die Wissenschaftler mathematische Modelle erstellt und diese mit tatsächlichen elektrischen Nervensignalen, so genannten Aktionspotenzialen verglichen. "Biologische Systeme folgen eigenen, aber innerhalb der Biologie universell gültigen Gesetzmäßigkeiten. Man kann sie mathematisch beschreiben, wenn man nur die richtigen biophysikalischen beziehungsweise biologischen Begriffe und damit die richtige Formel findet", so van Hemmen.

Jeder Fisch überträgt eindeutige und differenzierte Informationen über sich selbst in das Strömungsfeld. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass Fische in einem Umkreis, dessen Radius ihrer eigenen Körperlänge entspricht, andere Fische verlässlich orten können. Das bedeutet auch, dass ein Raubfisch dank der Informationen über Größe und Gestalt eines Beutefisches entscheiden kann, ob sich eine Verfolgung lohnt oder nicht. Gleichzeitig kann ein Fisch auch zwischen Artgenossen und Räubern unterscheiden. Mit einer am Lehrstuhl entwickelten Formel kann aus den Signalen, die ein Seitenliniensystem erhält, der Winkel zwischen Fischachse und einer Wirbelstraße berechnet werden. Die rechnerisch ermittelten Werte für die Nervensignale am Sinnesorgan der Tiere stimmen genau mit den tatsächlich gemessenen elektrischen Impulsen aus der Ableitung von Nervenzellen überein, berichten die Forscher.

"Der Seitenliniensinn hat mich sofort fasziniert, da er nicht nur auf den ersten, sondern auch auf den zweiten Blick grundlegend anders ist als beispielsweise der Seh- oder Hörsinn. Er beschreibt nicht nur eine andere Qualität der Wirklichkeit, sondern wird auch statt von nur zwei Augen oder Ohren von rund 180 einzelnen Seitenlinienorganen beim Krallenfrosch und mehreren Tausenden beim Fisch gespeist, die jeweils aus mehreren Neuromasten bestehen. Die Integration dahinter ist eine Meisterleistung", so van Hemmen. Die neuronale Verarbeitung und Integration verschiedener Sinneseindrücke zu einem einheitlichen Abbild der Wirklichkeit ist ein Schwerpunkt an seinem Lehrstuhl. Interessiert sind die Wissenschaftler daher auch an der Infrarotwahrnehmung von Wüstenschlangen, an Vibrationssensoren an Skorpionsfüßen oder dem Gehör von Schleiereulen. "Die Technik ist der Natur zwar in einigen Bereichen überlegen, doch in der kognitiven Verarbeitung gewonnener Eindrücke hinkt sie der Natur weit hinterher", erklärt der Physiker.

"Mein Traum ist es, Roboter mit mehr als einer Sinnesmodalität auszustatten. Statt ihnen immer mehr Kameras einzubauen, sollte man ihnen zusätzlich Sensoren für Schall und Tastempfinden mit auf den Weg geben." Mit einem nachgebauten Seitenliniensystem, das in Luft näherungsweise ebenso gut funktioniert wie unter Wasser, könnten sich Roboter in Menschenmengen bewegen, ohne anzuecken. Das System würde sich natürlich auch zur Anwendung unter Wasser eignen.

Wolfgang Weitlaner | pressetext.deutschland
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen
16.01.2018 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

nachricht Leuchtende Echsen - Knochenbasierte Fluoreszenz bei Chamäleons
15.01.2018 | Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Im Focus: The first precise measurement of a single molecule's effective charge

For the first time, scientists have precisely measured the effective electrical charge of a single molecule in solution. This fundamental insight of an SNSF Professor could also pave the way for future medical diagnostics.

Electrical charge is one of the key properties that allows molecules to interact. Life itself depends on this phenomenon: many biological processes involve...

Im Focus: Wie Metallstrukturen effektiv helfen, Knochen zu heilen

Forscher schaffen neue Generation von Knochenimplantaten

Wissenschaftler am Julius Wolff Institut, dem Berlin-Brandenburger Centrum für Regenerative Therapien und dem Centrum für Muskuloskeletale Chirurgie der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Hannoverscher Datenschutztag: Neuer Datenschutz im Mai – Viele Unternehmen nicht vorbereitet!

16.01.2018 | Veranstaltungen

Fachtagung analytica conference 2018

15.01.2018 | Veranstaltungen

Tagung „Elektronikkühlung - Wärmemanagement“ vom 06. - 07.03.2018 in Essen

11.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal mit neuem Onlineauftritt - Lösungskompetenz für alle IT-Szenarien

16.01.2018 | Unternehmensmeldung

Die „dunkle“ Seite der Spin-Physik

16.01.2018 | Physik Astronomie

Wetteranomalien verstärken Meereisschwund

16.01.2018 | Geowissenschaften