Kurzfassung

Ausgehend von den Alltagsbeobachtungen der Ameisen, welche schwere, zu ihrem Körpergewicht überproportionale Lasten transportieren können, wurde im Rahmen des vorliegenden Projekts der Fragestellung nachgegangen, welche besonderen Angepasstheiten bei Ameisen vorliegen, die dieser Insektenart eine solche Belastbarkeit ermöglichen. Da bereits bei den Beobachtungen der Ameisen die Hypothese aufgestellt wurde, der nach die Hauptursache im besonderen Aufbau der Ameisenextremitäten zu lokalisieren war, stellt die Erforschung der Ameisenbeine den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit dar.

Auf der Basis der einleitenden mikroskopischen Arbeit wurden zunächst die Besonderheiten des morphologischen Aufbaus der Extremitäten der Ameisen untersucht. Dabei wurde eine leichte Abwandlung eines typischen Insektenlaufbeins festgestellt, das sich aus 5 Segmenten zusammensetzt und dank einer Vielzahl von Gelenken flexibel, jedoch auch stabil ist. Aus den Ergebnissen eines Experiments zur Haftfähigkeit der Ameisenextremitäten auf unterschiedlichen Oberflächen wurde die nur durch feuchte Oberflächen beschränkte Fortbewegungsfähigkeit der Ameise festgestellt, welche dank lichtmikroskopischer Aufnahmen auf die Ausbildung von 2 Krallen und einem zwischen ihnen liegenden klebrigem Haftlappen zur Haftfähigkeit auf rauen bzw. glatten Oberflächen zurückgeführt werden konnte. Mithilfe einer ausführlichen Reihe von Videoaufnahmen, welche sowohl den Lauf einer Ameise auf einer geradlinigen als auch einer kreisförmigen, konstruierten Strecke erfassten, konnte das Prinzip der Dreibeinkoordination der Ameisenbeine bei ihrer Fortbewegung abgeleitet werden. Laut diesem ermittelten Prinzip der Dreibeinkoordination stabilisiert die Ameise ihren Körper durch 2 sich abstützende Beine einer Körperseite und ein Stützbein der anderen Körperseite, während sich die freien Beine nach vorne strecken und damit dem Schub des Körpers nach vorne gewährleisten.

Im anschließenden Teil des Projekts wurde mithilfe der Erstellung einer 3D-Animation eine Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse zu den Besonderheiten der Ameisenextremitäten in die Bionik durchgeführt. Ausgehend von relativ hoher Anzahl der Tunneleinsturze wurde im Rahmen des Projekts das Vehikel "Fire Ant" entwickelt, welches analog zu den Ameisen über 3 Beinpaare mit gelenkartigen Verbindungen der Einzelbestandteile verfügt und das Prinzip der Fortbewegung auf rauen und glatten Oberflächen ausnutzt. Analog zu den Ameisenbeinen verfügt dieses über hohle Beinabschnitte, in denen durch die Herstellung der Druckdifferenz sowie eine reibungsarme Beschichtung der Beinunterseite ein Ansaugen an die Oberfläche bzw. eine Gleiten auf der Oberfläche gewährleistet werden. Ausgehend vom Aufbau der Hinterleibdrüsen, welche über große Speicherkapazität verfügen, dient das Hinterleib dieser Maschine als Speicher für große Wassermengen, welche in Tunneln zur Unterbindung der Feuerausbreitung in Brandfällen dienen können


von Ewgenija Gutjahr und Matthias Knoche (Jugend forscht)



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