Dynamik und Kinematik der Lokomotion von Formica polyctena

摘要

In der vorliegenden Dissertation wurde untersucht, welche kinematischen und dynamischen Muster sich bei der Ameisenlokomotion identifizieren lassen und wie sich diese im Vergleich zu größeren Arten darstellen. Es wurde gezeigt, dass Waldameisen bei ebener Lokomotion dieselbe Gangdynamik über einen weiten Geschwindigkeitsbereich benutzten, ohne das alternierende, tripodale Schrittmuster aufzulösen. Mit wachsenden Laufgeschwindigkeiten erhöhte sich Schrittlänge und Schrittfrequenz. Die Energetik des Körperschwerpunkts indizierte einen federnden Gang, da kinetische und potentielle Energie nahezu in Phase verliefen. In den Vorderbeinen wurde eine hohe Maß an Nachgiebigkeit festgestellt, welche zu geringen vertikalen Oszillationen des Körperschwerpunktes führt und die Aufrechterhaltung des Bodenkontaktes auch bei höheren Geschwindigkeiten ermöglicht. Federnde Gangarten, ohne Flugphasen, scheinen eine weit verbreitete Strategie bei kleinen, schnell laufenden Lebewesen zu sein und können hinlänglich gut über das bipedale Masse-Feder-Modell beschrieben werden. Diese Form der Lokomotion wird auch als „Grounded Running“ bezeichnet und scheint, gemäß unseren Ergebnissen, auch für Ameisen die bevorzugte Fortbewegungsstrategie in der Ebene zu sein. Grundvoraussetzung für das Gelingen des Projektes war die Entwicklung eines miniaturisierten Messplatzes zur Erfassung der dreidimensionalen Bodenreaktionskräfte der Einzelbeine kleiner Insekten, bei gleichzeitiger Aufzeichnung der Kinematik. Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen eine neuartige Ultraminiaturkraftmessplattform mit einem Auflösungsvermögen im Mikronewton-Bereich zu entwickeln und gemeinsam mit einer Hochgeschwindigkeits-Videokamera in einen weltweit einzigartigen Messplatz zu integrieren.