Geniale Prinzipien der Natur (eBook)

Rechnen wir mit der Natur oder die Natur rechnet mit uns [ab]

E. W. Udo Küppers (Autor)

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2020 | 1. Aufl. 2020
XXII, 569 Seiten
Springer Fachmedien Wiesbaden (Verlag)
978-3-658-30690-8 (ISBN)

Infos

Dieser Band legt den Schwerpunkt auf praktische Anwendungen der Prinzipien, die aus der Natur in unserem Gestaltungsraum übertragen werden können. Er ist dabei getragen von den Regelungs- und Steuerungssystemen, wie sie die Wissenschaft der Kybernetik beschreibt.

Dr.-Ing. E. W. Udo Küppers studierte Ingenieurwissenschaften in Düsseldorf und der TU Berlin, wo er 1983 an promovierte. Nach wissenschaftlichen Tätigkeiten in Forschungseinrichtungen und der Teilnahme an internationalen F&E-Projekten, leitet er seit 2001 die selbstständige Arbeitsgruppe Küppers-Systemdenken.

Seit 2013 als Lehrbeauftragter - ab 2016 als Studienleiter - der AKAD-University in Stuttgart betreut er verschiedene Lehrmodule. Zentral ist das Modul Interdisziplinäre Kompetenz mit zur Zeit neun technischen wirtschaftlichen Themenkomplexen, u. a. Systemische Bionik, Cyberphysische Systeme und Robotik, Neuronale Netze, Risikostrategien, Jenseits der Ökonomie, Neues Arbeiten und Anthropozän.

Sein Interesse gilt dem Grenzbereich zwischen Natur und Technik, insbesondere einem fehlertoleranten hochachtsamen Umgang in komplexen Organisationsprozessen, sowie Systemisches Denken und Handeln, begleitet von Wirkungsnetzmethoden für effiziente nachhaltige Praxislösungen.

Inhalt

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 14
1 Einleitung 22
Zusammenfassung 23
Literatur 26
Teil I Der unerschöpfliche Reichtum evolutionärer adaptiver Lösungen 27
2 Wie lernen wir die Natur besser kennen? 28
Zusammenfassung 28
2.1Naturversteher und Universalgelehrter Alexander von Humboldt 29
2.2Denken in Kreisläufen und Wirkungsnetzen 30
2.3Handlungswerkzeug Kreislaufprinzip und die Tragik der Allmende 41
2.3.1Die kreislaufgestützte Macht der evolutionären Natur 42
2.3.2Der kreislaufgestützte Fortschritt menschlicher Aktivitäten 47
2.3.3Die Tragik der Allmende 53
2.4Nachhaltigkeit – ein universeller Handlungsbegriff 55
Literatur 69
3 Grundlegende Prinzipien der Natur – Überleben im offenen „Kochtopf“ 72
Zusammenfassung 73
3.1Offene Systeme – Voraussetzung für die Entwicklung von Leben und wie wir damit umgehen 73
3.1.1Wie gehen wir mit unserer Erde um? 76
3.1.2Artenreichtum – Erhalt oder Verlust der biologischen Vielfalt? 84
3.2Evolution – Darwins Ursprung der Arten 91
3.2.1Darwin und Lamarck 95
3.2.2Kampf ums Dasein – Bevorzugte Rassen, Struggle for Life – favoured Races 96
3.2.3Erschreckende Unkenntnis von Evolution 99
3.2.4Evolutionäre Entwicklungsbiologie – Evo-Devo 100
3.2.5Variation und Zeit 102
3.2.6Heutige Sichtweise 105
3.2.7Leben aus nichtlebender Materie – emergente Eigenschaften 106
3.2.8Mensch und Humanoide 108
3.2.9Abschließender Blick voraus 109
3.3Phänotyp und Genotyp 111
3.4Selbstorganisation, Gleichgewicht, Nichtgleichgewicht und Selbstregulation 113
3.4.1Selbstorganisation, Gleichgewicht und Nichtgleichgewicht 113
3.4.2Selbstregulation 119
3.5Selbstreplikation 122
3.6Genetisch gelenktes Wachstum und Differenzierung – Mutation und Selektion 125
3.6.1Ernst Mayr und die klare Sprache der Wissenschaft 125
3.6.2Mutation 126
3.6.3Natürliche Selektion 130
3.7Epigenetisch gelenktes Wachstum und Differenzierung – erworbene Eigenschaften 137
3.8Stoffwechsel – Fähigkeit Energie zu binden und freizusetzen 143
3.9Reaktion auf Umweltreize 146
Literatur 151
4 Biodiversität von exzellenten Leistungen in Flora und Fauna – Eine Auswahl mit zwei Extrabeispielen aus der Natur-Messtechnik und der BIOGEONIK 157
Zusammenfassung 158
4.1Kommunikation unter Pflanzen – Warnen und Schützen 162
4.2Mammutbäume – Giganten im Pflanzenreich, nichts wächst höher 162
4.3Blätter der Lotuspflanze – Paradebeispiel und Expertin für Oberflächen-Selbstreinigung 167
4.4Riesenseerose Victoria Amazonica – geniale Leichtbau-Tragkonstruktion auf dem Wasser 169
4.5Rohrkolben – große Länge, kleiner Querschnitt und doch raffiniert stabil gebaut 172
4.6Zwiebeln – Perfekt thermoreguliertes, universelles transparentes Schalenverbundsystem 174
4.7Frucht der Kokospalme – unvergleichliches Multitalent der Natur 176
4.8Kannenpflanzen und Schlauchpflanzen – die rutschigsten Fallen im Pflanzenreich 179
4.9Blätter des Rhabarber – Meister der Falttechnik: Ordnungsstrukturen aus dem Chaos und ein kurzer ergänzender Einblick in das Spektrum des natürlichen Faltens 182
4.10Fensterpflanzen – Wenn es zu heiß wird, … Geniale Überlebensstrategie in der Wüste und anderen Breitengraden 186
4.11Baumwachstumsstrategie – Perfekte Stabilität gepaart mit effizientem Materialverbrauch 188
4.12Spitzenleistungen pflanzlicher Messtechnik 195
4.13Nashornkäfer – Wahre Kraftpakete im Kleinen 199
4.14Morphofalter – Genialer Trick der Farberzeugung ohne Farbstoffe 201
4.15Seepocken – Ultrafestes Kleben in wässriger Umwelt und weitere Naturmeister des Klebens 205
4.16Strauße und andere Vögel – Offenes Verpackungssystem Ei: Naturprodukt mit genialem Leistungsspektrum 211
4.17Termiten – Sozial lebende Insekten, herausragende Könner der Klimaregulierung 219
4.18Spechte – Hämmern ohne Kopfschmerzen 225
4.19Geckos – Haften und Lösen ohne Haftstoff 228
4.20Andenkondore – Majestätische Segler ohne Vorbild 231
4.21Fangschreckenkrebse – Geschwindigkeit ist keine Hexerei 233
4.22Radiolarien – Weltmeisterliche Architektur im Mikrometerbereich 241
4.23Polarbären – Frühe Opfer des Anthropozän? 244
4.24Biogeonisches Mäandern bei Fließprozessen – Strömungseffizienz durch Entropieminimierung 253
Literatur 257
5 Operationale Prinzipien der Natur – Universelle Entwicklungswerkzeuge eines langzeitbewährten biodiversitätsreichen Managements 262
Zusammenfassung 263
5.1Komplexität als Lösung begreifen – nicht als Problem 263
5.2Produktionsleistungen und Arbeitsprinzipien der Natur 267
5.2.1Produktionsleistungen der Natur 268
5.2.2Arbeitsprinzipien der Natur 272
5.2.3Ökologische Effizienz 273
5.2.4Basismerkmale der Ökosystemisierung der Natur und ein Vergleich zur Technik 286
5.3Drei zentrale Lebensflüsse und ein Universalmerkmal der Evolution 287
5.3.1Nur „offene“ Systeme sind evolutionsfähig – im wahrsten Wortsinn 287
5.3.2Optimale Energienutzung 291
5.3.3Verlustfreie Stoff- und Materialverarbeitung 293
5.3.4Intelligente Kommunikation von Pflanzen, Tieren und Menschen 295
5.3.5Selbstorganisation durch geschickte „Negative“ Rückkopplung 311
5.4Acht biokybernetische Grundregeln nach Frederic Vester 318
5.4.1Rückkopplungen und ihre Funktionen 319
5.4.2Wachstumsunabhängige Systemfunktion 324
5.4.3System: funktionsorientiert statt produktorientiert 325
5.4.4Nutzen vorhandener Kräfte 328
5.4.5Mehrfachnutzung – Funktionelle Diversität 330
5.4.6Kreislauforientierte Wiederverwertung 333
5.4.7Symbiose bzw. gegenseitiger Nutzen 333
5.4.8Design bzw. Formgestaltung 343
Literatur 345
Teil II Jenseits des erschöpflichen Reichtums technosphärischer Maximallösungen 350
6 Auswege aus der Falle kurzsichtiger technosphärischer Gestaltungsroutinen 353
Zusammenfassung 353
6.1Die attraktive Macht der Gewohnheit 354
6.2Übergang zu neuen systemangepassten dynamischen Gewohnheitsschleifen in unserer Technosphäre 358
Literatur 361
7 Biosphärische-technosphärische Transformationen – Dreißig praktikable Vorsätze 363
Zusammenfassung 365
7.1Darwins Evolutionstheorie ? Extrahierte Evolutionsstrategien für die Optimierung einfacher und komplexer Vielparametersysteme 370
7.1.1Evolutionsstrategische Optimierung eines aerodynamischen Problems 374
7.1.2Evolutionsstrategisch unterstützte Optimierung gekoppelt mit dem Mäander-Effekt® eines strömungstechnischen Klima-Lüftungs-Rohrsystems 378
7.1.3Evolutionsstrategische Optimierung eines Rohrtransportsystems in der Landwirtschaft 382
7.2Vernetzte Natur – Vernetzte Technik ? „Systemische Bionik“ als eine zukunftsweisende Transfer-Methode für nachhaltige Praxis 387
7.3Zentrale Überlebensfunktion: Das Kreislauf-Prinzip ? Minimierung trivial verlaufender linearer Prozesse durch effiziente verlustarme Zirkulationsabläufe 400
7.4Wachstumsstrategie der Natur ? Geregeltes eintragsoptimiertes statt gesteuertes austragsmaximiertes Wachstum 403
7.5Biosphärische Null-Materialabfallstrategie ? Vernetzte Zyklen stofflicher Verwertung bzw. Wiederverwertung in kleinräumigen lokalen/regionalen Industrie- Gewerbe- und privaten Bereichen 406
7.6Energieflüsse der Natur ? Systemangepasste Energiekaskaden minimaler Energieverluste 408
7.7Mäandern von Fließgewässern ? Minimierung von Entropie und Naturgefahren 411
7.8Pflanzliche Kommunikation ? Kommunikative Kooperation statt Konfrontation als emergente Überlebensstrategie in der Technosphäre 414
7.9Sequoias: Erdgeschichtliche Erfahrung im Schutz gegen Feuer ? Bionische Technik des Brandschutzes 420
7.10Selbstreinigende Oberflächen ? Vielfältige Effizienzansätze für selbsterhaltene, schmutzabweisende saubere Flächen technischer Produkte 422
7.11Leichtbaukonstruktionen ? Fundgrube für technisch stabile, ökonomische und ästhetische Baukonstruktionen 423
7.12Verbundstrukturen ? Thermoregulierung mit Energieeffizienz 427
7.13Schalen und Hüllen ? Raumgreifendes technosphärisches Konstruktionsprinzip frei von Stützelementen 430
7.14Reibungsarme Gleitbahnen ? Routinekreislauf 14 Reibungsarme Gleitbahnen 434
7.15Spezialisierte dynamische Faltkonstruktionen ? Funktionale technische Faltenkörper mit Raumspareffekt 438
7.16Fensterpflanzen ? Stabile Wohn- und Arbeitsstätten in durch Extremklima beeinflusste lokale Umwelt 445
7.17Dynamische Stabilität durch Wachsen ohne Spannungsextreme ? Spanungsoptimierte und materialeffiziente Verzweigungskonstruktionen 447
7.18Einer von vielen Geniestreichen der Natur: Farberzeugung ohne Farbstoff! ? Zukunftsbranche materialsparende farbstofflose Strukturfarberzeugung 451
7.19Raffiniertes Kleben in allen Lebenslagen ? Bionisches Fügen durch Klebverbünde – die sparsame funktionale Fertigungstechnik 454
7.20Offene Verpackungen als „Langzeit-“ Frischhaltespeicher ? Verpackungstrick verlängert Lebensmittel-Packgut-Lebensdauer 457
7.21Staatenbildende Insekten als Meister der Klimaregelung ? Funktionsoptimierte Klimaregelung ohne Zusatzenergie! 463
7.22Massives Hämmern ohne Kopfschmerz! ? Technik für energieabsorbierenden Schlag- bzw. Einschlagschutz und für funktional effiziente Belastungstechniken 466
7.23Funktionales dynamisches Haften und Lösen ohne Haftstoff ? Haftstofffreie, temporäre wiederlösbare Verbindungstechniken an verschiedenen technischen Oberflächen 470
7.24Aero-, hydro- und lithosphärische dynamische widerstandsarme Fortbewegung ? Weites Entwicklungsgebiet für neue technisch effiziente und energiesparsame Konstruktionen von Flug- und Schwimm-Transportkörpern 475
7.25Mit Kraft und Geschwindigkeit auf Beutefang ? Perspektive für neue technische Schlagmaterialien hoher Schnelligkeit und/oder Widerstandsfestigkeit 482
7.26Filigrane materialeffiziente Architektur von Körperskeletten ? Gebäudekonstruktionen unter neuer stabiler und ästhetischer Struktur- und Formgestaltung 485
7.27Perfekte Lichtsammler und „Licht-Pfadfinder“ ? Solaroptische Techniken für energieeffiziente Wohlfühl-Raumbereiche angemessenen Klimas 490
7.28Funktionale Diversität ? Optimierte geregelte Mehrfachnutzung von Produkten und Verfahren 494
7.29Symbiosen ? Reichhaltige effektive und effiziente Lösungen zum Vorteil aller Partner 497
7.30Design und Form ? Sprengung steriler, zweckentfremdeter und krankmachender technosphärischer Gebilde durch Neukonstruktionen unter Berücksichtigung biologischer Rhythmen 501
7.31Abschließende Bemerkungen 505
Literatur 506
Teil III Gegenspieler der Natur 512
8 Kampf oder Untergang! 514
Zusammenfassung 515
8.1Konrad Lorenz „Acht Todsünden der zivilisierten Menschheit“ aus seiner und heutiger Sicht – Auszug 516
8.1.1Konrad Lorenz „Erste Todsünde der zivilisierten Menschheit“: Struktureigenschaften und Funktionsstörungen lebender Systeme 517
8.1.2Konrad Lorenz „Zweite Todsünde der zivilisierten Menschheit“: Überbevölkerung 519
8.1.3Konrad Lorenz „Dritte Todsünde der zivilisierten Menschheit“: Verwüstung des natürlichen Lebensraumes 523
8.1.4Konrad Lorenz „Vierte Todsünde der zivilisierten Menschheit“: Wettlauf der Menschheit mit sich selbst 529
8.2UNEP-GEO-6: Globale Vorausschau auf die Umwelt – Global Environment Outlook 537
8.3Noam Chomsky: „Warum wir gegen die Herren der Menschheit aufstehen müssen.“ 539
Literatur 545
9 Resümee und Ausblick 547
Zusammenfassung 547
9.1Resümee 547
9.2Ausblick – Die neue Bedürfnishierarchie im digitalisierenden Anthropozän 549
9.3Ach – Menschheit! 551
Literatur 552
Glossar 553
Stichwortverzeichnis 575

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 22.12.2020
• Zusatzinfo: XXII, 569 S. 193 Abb., 188 Abb. in Farbe.
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Biologie
• Themenwelt: Sozialwissenschaften ► Soziologie
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: 978-3-658-30689-2 • Arbeit Arbeitsstätten Arbeitsumgebung Architektur • Artenreichtum Erhalt • Biodiversität Wert Menschheit • Biokybernetik • Bionik • Design Produktdesign life cycle • Energie Entropie Enthalpie Thermodynamik Natur • Evolution evolutionär Darwin • Geniale Prinzipien der Natur • Humboldt Erfindungen Natur • Kreislauf Kreislaufwirtschaft Recycling Wiederverwertung Abfall • Küppers Udo • Kybernetik Vorgänge Natur • Nachhaltigkeit Lernen Natur • Rückkopplungen in der Natur positive negative • Stoffwechsel • Umwelt Reiz Umweltreize
• ISBN-10: 3-658-30690-4 / 3658306904
• ISBN-13: 978-3-658-30690-8 / 9783658306908