Projekt Stoßdämpfer: Das Geheimnis des Spechts (2) 18.04.2011, 08:03

Specht-Kopf, Zeichnung, Vorschaubild

Ist es sinnvoll, auf der Basis unvollständiger Informationen das Gesamtbild eines Naturphänomens zu entwickeln? Hier geht es um die Frage, was der Kopf eines hämmernden Spechts mit der Entwicklung neuartiger Stoßdämpfer zu tun hat. Nach der Analyse eines Interviews mit den Specht-Forschern - Das Geheimnis des Spechts (1) - machen wir hier Vorschläge für Arbeitsblätter.

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Das Geheimnis des Spechts 

Laden Sie hier alle Arbeitsblätter "Stoßdämpfer/Specht" als PDF-Datei (5 Seiten) herunter.

 

Aufgabe: Ein Interview in eine Unterrichtseinheit überführen.

Im Beitrag »Das Geheimnis des Spechts (1)« haben wir die Frage: »Wie kommt man vom Spechthämmern zur Neuentwicklung von Stoßdämpfern« für eine Unterrichtseinheit vorbereitet.

Hier machen wir Vorschläge, wie man das Thema im Unterricht behandeln könnte. Wenn Sie die Skizzen des tec.LEHRERFREUNDs dafür benutzen wollen: Sie finden sie am Ende des Beitrags »Das Geheimnis des Spechts (1)«

Hier noch einmal das Interview

Hämmern ohne Reue

Der Specht als Vorbild für neuartige Stoßdämpfer

Warum bekommt der Specht beim Hämmern von Baumlöchern keine Kopfschmerzen? Zwei Wissenschaftler der Universität Berkeley haben sich den Vogel genauer angesehen, um nach seinem Vorbild hochwirksame Stoßdämpfer zu entwickeln.
Die Trickfilmfigur des verrückt lachenden Woody Woodpecker ist bereits über 70 Jahre alt, doch sein Unwesen treibt der kleine bunte Specht bis heute. Auch in den Köpfen von Forschern

„Sungmin, der andere Autor des Papers, und ich haben damals über Ideen für neue Stoßdämpfer nachgedacht. Zu der Zeit haben wir oft die bekannte Trickfilmserie Woody Woodpecker gesehen und uns gefragt: Warum nicht den Specht Woodpecker als Vorbild für einen neuen Stoßdämpfer nehmen? Und dann haben wir versucht, den Specht besser zu verstehen.“

Um den Specht besser zu verstehen, haben Sungmin Park und Sang-Hee Yoon schließlich Literatur gewälzt, Bewegungsvideos und Bilder aus dem Computertomographen analysiert. Schließlich musste es einen Grund haben, dass Spechte das bis zu 1200-Fache der Erdbeschleunigung abfangen können, während sie auf Bäume einhämmern.
Das ist in etwa so als würden wir unseren Kopf mit 25 km/h gegen eine Wand schlagen. Der Specht macht das bis zu 22 Mal in der Sekunde und bekommt dabei nicht einmal Kopfschmerzen.

„Der Specht hat viele interessante Strukturen. Zum Beispiel diesen schwammartigen Knochen, der poröser ist als normal. Diese Knochen fangen hochfrequente Stöße ab, und das war vorher nicht bekannt.“

Doch der schwammartige Knochen ist nur eines von gleich vier Geheimnissen, die den Specht vor Kopfweh und Gehirnerschütterung bewahren. So fängt der sehr harte, aber elastische Schnabel bereits einen großen Teil der Deformationskräfte auf. Im Schnabel folgt dann die Zunge mit dem anschließenden Zungenbein, das sich von dort über den Nacken einmal um den ganzen Schädel bis hin zum Nasenloch erstreckt. Dieses in der Vogelwelt einmalige Zungenbein leitet ebenfalls einen großen Teil der Stöße ab - und am Gehirn vorbei. Schließlich verfügt der hämmernde Vogel noch über einen harten Schädelknochen, der nur wenig Hirnwasser enthält und daher den Stoß nicht so stark ins Innere des Kopfes überträgt.

„Wir haben dann versucht, diese Erkenntnisse über den Specht umzusetzen. So haben wir winzige Glaskügelchen verwendet, um den schwammigen Knochen nachzuahmen. Der Knochen hat ja viele kleine Luftlöcher, und das wollten wir mit diesen Kügelchen nachbilden. Denn wenn man sie dicht packt, dann entstehen viele kleine Luftlöcher zwischen den Glaskugeln.“

Diese Kügelchen, in die Sang-Hee Yoon anschließend die zu schützende Elektronik legte, umgab er mit einer Metallumantelung, die den Schädelknochen des untersuchten Goldstirnspechtes nachahmen sollte. Das Zungenbein wurde durch eine Gummischicht und der harte Schnabel durch eine weitere harte Metallhülle ganz außen nachempfunden. Fertig war der Specht-Stoßdämpfer. Und was sagte der Praxistest?

„Wir haben die Tests mit einem Luftgewehr durchgeführt. Indem wir stark komprimiertes Gas verwenden, können wir unseren Specht-Stoßdämpfer sehr schnell hinausschleudern. Und auf der gegenüberliegenden Seite haben wir dann irgendeinen Festkörper, Metall oder Ähnliches aufgestellt. Wie bei einem Crashtest.“

Und es zeigte sich: Die empfindlichen elektronischen Bauteile, die Sang-Hee Yoon mit seinem Stoßdämpfer gegen Metallwände schleuderte, konnten das 60.000-Fache der Erdbeschleunigung unbeschädigt abfangen. Das hat bereits einige Interessenten aufhorchen lassen. Vom Flugschreiber, über Rennwagen bis hin zu militärischer Nutzung sind viele Anwendungen denkbar, meint Yoon. Dem guten alten Woody Woodpecker sei Dank. 


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Übersicht über die Arbeitsblätter (Vorschaubilder) 

Arbeitsblätter

Specht_Unterrichtseinheit_Seite_1

Specht_Unterrichtseinheit_Seite_2

Lösungsvorschläge

in Specht_Unterrichtseinheit_Seite_3

Specht__Unterrichtseinheit_Seite_4

Specht_Unterrichtseinheit_Seite_5

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