6. Evolutionsbionik

6.1 Bionik

Der Begriff "Bionik" wurde auf einem Kongress 1960 in Dayton/Ohio von dem amerikanischen Luftwaffenmajor J. E. STEELE geprägt. Gemeint war damit sinngemäß ein "Lernen aus der Natur für die Technik". Zwar war der Begriff neu, nicht jedoch Verfahrensweise.

Leonardo DA VINCI (1452-1519) war Künstler, Philosoph, Naturwissenschaftler und als solcher gilt er heute als der erste Bioniker. Aufgrund seines Studiums des Vogelfluges schrieb er bereits im Jahre 1505 das klassische Werk „Sul vol degli uccelli“ und konstruierte Fluggeräte, Hubschrauber und Fallschirme. Inspiriert von DA VINCI entwickelte der türkische Gelehrte Hezarfen Ahmed CELEBI (1609–1649) ein Fluggerät nach dem Studium des Vogelfluges, mit dem er 1647 vom Galata Turm in Istanbul über den Bosporus nach Uskudar flog.

England führte im 16. Jahrhundert Krieg gegen die damals übermächtige Seemacht Spanien. Ihren Vorteil zogen dabei die Engländer aus den klugen Konstruktionen ihrer Schiffe: 1590 ließ sich der englische Schiffsbauer Matthew BAKER vom Vorbild Natur inspirieren. Praktische Naturbeobachtungen bewogen ihn zur Konstruktion von Schiffsrümpfen nach dem Vorbild von Dorschkopf und Makrelenschwanz. Dies brachte der nach ihm benannten Baker-Galeone eine Verbesserung der Manövrierfähigkeit und eine Reduktion des Wasserwiderstandes.

Selten haben die exakte Kopien der Natur zum Erfolg geführt. BAKER hingegen nahm die Natur lediglich als Anregung für seine technologisch eigenständige Weiterentwicklung der Schiffsrümpfe und beachtete damit das heute geltende Grundprinzip der Bionik:

a) Bionik als „top-down-Prozess“ (Analogiebionik)

1) Definition des Problems

2) Suche nach Analogien in der Natur

3) Analyse der Vorbilder in der Natur

4) Suche nach Lösungen für das Problem mit den Erkenntnissen aus der Natur

 

Bekannte Beispiele sind die Fluggeräte Otto LILIENTHALS und der Gebrüder WRIGHT. Sie beobachteten den Flug großer Vögel, bevor sie ihre Prototypen bauten. Auch und gerade der Verfeinerung bestehender Erfindungen dient die Bionik. So können etwa sogenannte "Winglets" an Flugzeugflügeln die großen Luftwirbel an den Flügelspitzen vermindern, was zu einer wesentlichen Reduktion des Kraftstoffverbrauchs führt. Entsprechende Anleihen aus der Natur wurden dem Flug großer segelnder und gleitender Vögel (Bussard, Kondor, Adler) entnommen.

b) Bionik als „bottom-up-Prozess“ (Abstraktionsbionik)

1) Biologische Grundlagenforschung: Biomechanik und Funktionsmorphologie von biologischen Systemen

2) Erkennen und Beschreiben eines zu Grunde liegenden Prinzips

3) Abstraktion dieses Prinzips (Loslösung vom biologischen Vorbild und Übersetzung in nicht-fachspezifische Sprache)

4) Suche nach möglichen technischen Anwendungen

5) Entwicklung technischer Anwendungen in Kooperation mit Ingenieuren, Technikern, Designern usw.

Dieser Verfahrensweise bedient u. a. die Synergetik nach JOSCHKO (vgl. Kapitel 6.2 Das Scheibchenziehen). Daneben findet diese Verfahrensweise Anwendung für ganz unterschiedliche Problemlösungen.

So hat beispielsweise E. REIF vom Paläontologischen Institut der Universität Tübingen die eigenartig gerieften Schuppen bei Haien beschrieben. Strömungsmechanisch wurden die aneinander schließenden Mikroriefen als sog. "Grenzschichtdukte" interpretiert. D. W. BECHERT vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt/Berlin und seine Mitarbeiter haben solche Rillenoberflächen im Strömungskanal untersucht und Reibungswiderstands-Verminderungen um bis zu 10 % gemessen. Flugzeuge können mit einer speziellen Folie beklebt werden (so genannte Riblet-Folie), die auf ihrer Oberseite über eine ähnliche Struktur verfügt und so den Luftwiderstand des Flugzeugs senkt. Die wissenschaftliche Grundlage entstammt Untersuchungen an fossilen Haien und deren „Schuppen“.

Weitere Beispiele aus unserem Alltag ist der Klettverschluss – den George de Mestral 1956 nach dem Vorbild der Klettfrüchte entwickelte – sowie der Lotuseffekt: Die Beobachtung und nähere Untersuchung der Tatsache, dass von einem Blatt der Lotuspflanze praktisch alle wasserlöslichen Substanzen abperlen, führte zu Patenten für extrem schlecht benetzbare und selbstreinigende Oberflächenstrukturen. Diese werden nun genutzt für neue künstliche Oberflächen bei Fassadenfarben.

Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Bionik führten dazu, dass bionische Verfahrung mittlerweile beinahe gängig bei der Entwicklung neuer Produkte und Organisationslösungen zum Tragen kommen. Von den vielen unterschiedlichen Richtungen, die sich mittlerweile herausgebildet haben, seien hier genannt die Materialbionik, Werkstoffbionik, Konstruktionsbionik (Strukturbionik), Bionische Prothetik, Bionische Robotik, Klima- und Energetobionik, Baubionik, Sensorbionik, Bionische Kinematik und Dynamik, Neurobionik in der Mikroelektronik, Evolutionsbionik (vgl. Kapitel 6.2 Das Scheibchenziehen), Prozessbionik, Verfahrensbionik (Totalrecycling in der Natur) sowie die Organisationsbionik, die aufgrund der heutigen Mikroelektronik ungeahnte Möglichkeiten für die Zukunft bereithält und weit über die dingliche Dimension der konstruktionsbezogenen Bionik hinausreicht.

Komplexes Management ist heute immer noch nicht in der Lage, vorausschauend allen Anforderungen eines auch nur mittleren Industriebetriebs gerecht zu werden. Im Gegensatz dazu laufen Organisationsfragen im Bereich der belebten Welt, sei es im Einzelorganismus (die Gesamtkomplexität einer Fliege ist größer als die der gesamten deutschen Volkswirtschaft!) als auch in Organismensystemen und schließlich in ökologischen Systemen äußerst störungsarm ab. Die funktionellen Querbeziehungen von Ökosystemen, beispielsweise des Waldrands, sind bereits komplexer als die eines größeren Industriebetriebs. Aus der Art und Weise, wie die Natur Informationen organisatorisch benutzt, lässt sich in analoger Übertragung vieles für Technik und Verwaltung lernen.

1986 entwickelte Craig REYNOLDS mit "Boids" ein künstliches Leben-Programm, das das Schwarmverhalten von Vögeln und Fischen simuliert. 24) Wie die meisten Programme dieser Art, stellen Boids eine Form von emergentem Verhalten dar, d.h. die Komplexität der Boids ergibt sich aus der Interaktion der einzelnen Agenten (in diesem Fall den Boids), die einem einfachen Regelwerk folgen. In der einfachsten Variante gelten folgende Regeln:

1) Separation: wähle eine Richtung, die einer Häufung von Boids entgegenwirkt;

2) Angleichung: wähle eine Richtung, die der mittleren Richtung der benachbarten Boids entspricht;

3) Zusammenhalt: wähle eine Richtung, die der mittleren Position der benachbarten Boids entspricht;

Es können noch weitere Regeln, wie zum Beispiel das Ausweichen von Hindernissen oder eine Zielsuche hinzugefügt werden. Die Bewegungsmuster können grundsätzlich in chaotisch (zufällige Bewegung und Aufbrechen des Schwarms) und geordnet unterschieden werden. Diese bionische Grundlagen zur Schwarmintelligenz werden derzeit in ganz unterschiedlichen Zusammenhängen erforscht und finden u. a. Anwendungen in der zivilen Luftfahrt, in Militärprogrammen und im Katastrophenschutz, für den derzeit ein internationales Team unter Severin LEVEN an dem Rettungssystem "Smavnet" arbeitet (Swarming Micro Air Vehicle Network for Communication Relay, auf deutsch: Flugkörperschwarm zum Aufbau von Kommunikationsnetzen). Diese Fluggeräte werden in naher Zukunft in der Lage sein, in Katastrophen- oder Konfliktgebieten ein mobiles Kommunikationsnetz aufzubauen, wobei sie selbst das Netz darstellen und den Boden nach Hilferufen absuchen, die übers Mobilfunktnetz abgesetzt werden. Am Himmel finden sie selbständig ihren Weg, umkreisen sich anhand von GPS-Punkten im Abstand von 150 m und koordinieren ihre Bewegungen untereinander. 25)

Die organisationsbionische Dimension kommt auch in der Synergetik nach JOSCHKO zum Tragen, in der es um die bionische Neuorganisation von neuronalen Informationsstrukturen in der Innenwelt geht, wie das folgende Kapitel behandelt.

6.2 Das Scheibchenziehen

Evolutionsbionik versucht, die Verfahren der natürlichen Evolution der Technik nutzbar zu machen. Insbesondere dann, wenn die mathematische Formulierung bei komplexen Systemen und Verfahren noch nicht so weit gediehen ist, dass rechnerische Simulierung möglich wäre, bleibt die experimentelle Versuchs-Irrtums-Entwicklung als interessante Alternative. Diese hat heute bereits selbstverständlichen Einzug in die Entwicklung beispielsweise von Schiffen und Flugzeugen, Verkehrsleitsystemen und im Maschinenbaubereich gehalten. In den 60er und 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts war ein solches Vorgehen in den Ingenieursberufen noch völlig unüblich und stieß nur auf wenig Akzeptanz.

Einer der ersten Evolutionsbioniker war Ingo RECHENBERG, seit 1972 Inhaber der Professur für das Fachgebiet Bionik und Evolutionstechnik an der Technischen Universität Berlin. 26) Als Meilenstein gilt RECHENBERGS Vortrag am 16. September 1964 in der Berliner Kongresshalle mit dem Titel: „Kybernetische Lösungsansteuerung einer experimentellen Forschungsaufgabe“. 27) Hier führt er das mittlerweile berühmt gewordene Darwin-im-Windkanal-Experiment vor, in dem eine zur Zickzackform gefaltete Gelenkplatte sich evolutiv zur ebenen Form mit dem geringsten Windwiderstand entwickelt. 1966 gründet RECHENBERG zusammen mit Peter BIENERT und Hans-Paul SCHWEFEL die inoffizielle Arbeitsgruppe Evolutionstechnik an der TU Berlin.

1967 arbeitete SCHWEFEL im AEG-Forschungsinstitut Berlin an einem Großexperiment mit und entwickelte dort mittels der Evolutionsstrategie eine optimierte Zweiphasen-Überschalldüse. Diese Düse stellt ein wichtiges Teilstück eines Kleinkraftwerkes für Raumfahrzeuge dar. 28)

Nach einer Idee von SCHWEFEL wurde für eine experimentelle Optimierung die Düsenform aus Segmenten zusammengesetzt. Insgesamt standen 330 Segmente mit passend abgestuften konischen Innenbohrungen zur Verfügung. Mit den Segmenten wurde als Ausgangsform eine rechnerisch ausgelegte Lavaldüse aufgebaut (Form 0 in der Abbildung). Gesucht wurde die jenige Düsenform, bei der eine Wasserdampf-Zweiphasenströmung als Modellmedium den maximalen spezifischen Impuls lieferte; dieses Ziel war nach 45 Versuchsanordnungen erreicht.

Der Wirkungsgrad der konischen Ausgangsform betrug 55%; die nach der Evolutionsstrategie entwickelte Optimalform besitzt hingegen einen Wirkungsgrad von nahezu 80%. 29)

Psychobionik

Als Bernd JOSCHKO 1975 in seiner Ingenieurarbeit dieses evolutionsbionische Optimierungsverfahren anwandte, hatte er von den Arbeiten RECHENBERGS und SCHWEFELS keine Kenntnis. Seine Vorgabe war, eine Wasserstrahldüse zu berechnen, die in der Lage sein sollte, für Messungen in einem Windkanal einen konstanten Luftdruck zu erzeugen. JOSCHKO baute eine Wasserstrahldüse aus 100 Kunststoffscheiben von je einem Millimeter mit unterschiedlich ausgefrästen inneren Durchmessern ganz ähnlich wie in SCHWEFELS Versuchsaufbau. Durch diese Kunststoffscheibendüse wurde Druckluft gepresst und die angesaugte Luft konnte genau gemessen werden. Wenn JOSCHKO nun ein „Scheibchen“ zog und willkürlich woanders wieder hineinsteckte wurde der Querschnitt verändert. Es gab also entweder eine Verbesserung oder eine Verschlechterung des Durchflusses. Analog zur Evolution, ließ er jede Verbesserung gelten und jede Verschlechterung machte er wieder rückgängig. Nach 150 Schritten hatte er den optimalen Querschnittverlauf, der sich nicht mehr verbessern ließ. Damit hatte sich die Kennlinie des Energiedurchflusses vergleichbar zur Natur optimiert. Evolutionsbionische Ergebnisse galten auch noch 1975 als suspekt und so hatte JOSCHKO die Berechnungen seiner Versuchsanordnung nachzuliefern.

Seine Erkenntnisse wie auch das evolutionsbionische Verfahren selbst übertrug JOSCHKO schließlich auf die Methode der synergetischen Innenweltreise. In abstraktionsbionischer Hinsicht (s. o.) stellt auch der Mensch ein virtuelle Düse dar, die durchströmt wird – und zwar von seiner Lebensenergie. Die "Scheibchen" bilden hierbei die im Laufe des Lebens herausgebildeten Attraktoren. Langjährige Erfahrung hat gezeigt, dass die Themen in der Innenwelt gängig in Verbindung stehen mit dem Inneren Kind (als dem wichtigsten Symbolbild), dem Papa, der Mama, den Großeltern, dem Inneren Mann, der Inneren Frau, den Lebenspartnern, den Traumen sowie den aufzufindenden Mustersätzen. Diese Inneren Bilder sind im konkreten Fall freilich noch weiter zu differenzieren (Kleinkind, Schulkind etc.).

Sind einige oder alle dieser zentralen Themen in der Innenwelt nicht erlöst, drosseln sie gleichsam als "Schieberegler" den Durchfluss an Lebensenergie. Ist etwa das Innere Kind ganz gehemmt, verweigert es sich und sitzt in der Ecke oder ist gar erstarrt, steht der virtuelle "Schieberegler" bei 0 %. Steht der Innere Papa zudem vielleicht bei 20 % und die Mama bei 40 %, entsteht daraus eine eingeengte Kennlinie, die entsprechend den Lebensfluss hemmt. Dieser Befund, der sich aus der Qualität der maßgeblichen Innenweltbilder ergibt, drückt sich selbstähnlich in der gesamten Innenwelt aus (nicht so differenziert, nicht so plastisch, nicht so beweglich) sowie insgesamt auf allen Ebenen von Körper, Geist und Seele. Die wichtigsten Innenweltbilder sind fast immer geschädigt, wenn Menschen krank sind; Krankheit korrespondiert mit unkooperativen bzw. leblosen Bildern. Somit müssen Erlebnisse in der Innenwelt aufzufinden sein, die die Lebendigkeit dieser Symbolbilder ge- oder gar zerstört haben.

Das Scheibchenziehen in der Innenwelt geschieht in der Art, dass der Begleiter Impulse hinein gibt. Der Begleiter zieht in der Innenwelt mittels Y-Fragen beinahe beliebig Scheibchen (Papa, Mama, Bruder, Lehrer, Chef, Musik, Geräusche etc.) und schaut, wie der Klient darauf reagiert. Wenn der Klient auf die gestellte Y-Frage (vgl. Basishandwerkszeug) oder auf die eingespielte Musik nicht wesentlich reagiert, führte dieser Impuls nicht zu einer Zunahme der Energie und braucht nicht weiter verfolgt werden, da es sich gleichsam um das falsche Scheibchen handelte.

Wenn er energetisch reagiert, wird Energie freigesetzt; es kommt zu Interaktionen und damit Rückkopplungen und schließlich geschieht Selbstorganisation. Aufgrund der Vernetzung der neuronalen Informationsstrukturen optimiert sich damit ein Teil der Innenwelt. Die Innenweltbilder (Papa, Mama, Lehrer, Symbolraum, biographische Situation etc.) liefern während dieses Optimierungsprozesses präzise Rückmeldung über das Gelingen und Voranschreiten dieses Prozesses – sie sind gleichermaßen Werkzeug (direkte Ansprache und Rückkopplung) und Ausdruck (emergente Veränderung durch Selbstorganisation) des Optimierungsprozesses.

Merken wir, wie der Klient bei einer gewissen Musik anfängt zu schluchzen oder wie er angesichts seines Schattens betroffen oder gar angewidert reagiert und dabei doch beginnt, sich für diesen Teil seines Lebens zu interessieren, spüren wir, wie die Energie in der Sitzung zunimmt und wie sie im Klienten wieder ins Fließen kommt. Wenn er weint, läuft gerade etwas richtig (Energieerhöhung!); wenn er den Impuls hat zu schlagen, dürfen wir dies nicht etwa aus moralischen Gründen untersagen – es ist ein natürlicher und vielleicht bislang unterdrückter Impuls und als solcher wird er angenommen und vom Klienten (mitunter drastisch) ausgelebt (Energieerhöhung durch Prozessarbeit). Synergetik nach JOSCHKO unterscheidet sich nicht zuletzt von psychotherapeutischen Verfahren durch die Bereitstellung eines radikal freien Entfaltungsraumes.

Häufig erweist sich dabei der Schlagstock (Dhyando) als ein wirkungsvolles Instrument, Innenweltbilder zu transformieren, da die Arbeit mit ihm mit allen Sinnen wahrgenommen wird und so umfassend auf die Prozesse in der Innenwelt einwirkt. Hat man mit dieser hochenergetischen Prozessarbeit in der eigenen Innenwelt noch keine Erfahrung gemacht, kommt leicht der Eindruck auf, dass diese Energiearbeit im Widerspruch zu gewohnten ethischen Grundhaltungen unserer Gesellschaft steht, die uns anhalten, Konflikte gewaltfrei zu lösen. Dabei wird jedoch übersehen, dass nur derjenige tatsächlich gewaltfrei im Außen zu leben vermag, der seine unterschwelligen Konflikte im Inneren, das heißt im Unbewussten, erlöst hat. Dhyando-Arbeit ist Transformationsarbeit, die ganz eigenen Gesetzmäßigkeiten unterliegt.

So geht es etwa nicht um den tatsächlichen Onkel, der seine Nichte in jungen Jahren immer wieder missbraucht hat, sondern um das Bild von ihm in ihrem Kopf. Dieses Bild wirkt fort im Unbewussten, als sei der Missbrauch gerade eben erst geschehen und prägt ihr Verhalten in allen Situationen ihres Lebens, wie auch die gesundheitliche Verfassung ihres Körpers. Eine Zerstörung dieses Bildes bewirkt nicht die endgültige Eliminierung ihres Onkels in ihrer Innenwelt (und schon gar nicht im Außen). Vielmehr wird dadurch dem Gehirn die Möglichkeit geschaffen, totale Transformationen als neue Erfahrungen zu integrieren und selbstorganisatorisch das Bild des Onkels im Gehirn mit einer (entsprechend!) höherwertigen Qualität neu entstehen zu lassen. Ein emergentes Geschehen.

Leben wird in der Synergetik nach JOSCHKO systemisch aufgefasst als ein Zustand am Rande der Instabilität, durch den Energie hindurch fließt und mit der Welt im Austausch steht. Alle Operationen dienen dabei immer der eigenen Organisation. Es passieren ständig Selbstorganisationen im System mit der Aufgabe, sich selbst zu erhalten bzw. Stabilität zu erzeugen. 30 Diese systemische Betrachtungsweise trifft grundsätzlich auf jedes System zu: Die Bild-Zeitung, die Schulmedizin, der Staat etc. – von außen betrachtet dienen alle Vorgänge innerhalb des Systems selbstorganisatorisch (hierzu zählt auch die Geschäfts- oder Staatsführung) der Selbsterhaltung.

Systeme verorten sich in einer Umgebung, die Einflüsse ausübt: Steigen die Verkaufzahlen oder sinken sie, reagiert das "Bild-Zeitungs-System" entsprechend mit dem Ziel, sich an die neuen Gegebenheiten anzupassen, um erneut Stabilität zu erzeugen. Das betrifft ebenso Staaten, die auf Finanzkrisen reagieren, wie auch das menschliche Gesamtsystem bestehend aus Körper, Geist und Seele. Während einer Session ist es Einflüssen und neuen Erfahrungen ausgesetzt. Auch hier mobilisieren Herausforderungen bislang gebundene Energien und auch hier reagiert das System selbstorganisatorisch, um unter den gegebenen Umständen den möglichst optimalen Zustand zur Herstellung von Stabilität zu erzeugen. Hierbei orientieren sich die selbstorganisatorischen Prozesse an den Urbildern, von denen wir als Innenweltbegleiter Kenntnisse und im besten Fall eigene Erfahrungen haben müssen, um diesen Prozess sinnhaft zu unterstützen.