Original paper
Der Knochen, eine komplexe Konstruktion. Gedanken eines Architekten
[The bone, a complex construction. Thoughts of an architect]
Otto, Frei
Anthropologischer Anzeiger Volume 45 No. 3 (1987), p. 289 - 301
4 references
published: Sep 2, 1987
DOI: 10.1127/anthranz/45/1987/289
ArtNo. ESP140004503008, Price: 29.00 €
Kurzfassung
Die genaue Kenntnis der Methoden des Konstruierens technischer Objekte hilft Entstehungsprozesse in der Natur, Formen, Tragfähigkeit, Masse- und Energieaufwand natürlicher Leichtbau-Konstruktionen zu erklären. Ein Ingenieurfachwerk aus Stäben und Knoten ist mit einem “Knochenfachwerk“ zu vergleichen, doch darf nicht außer Acht gelassen werden, daß feste und weiche Bauteile, Knochen, Knorpel, Sehnen, Muskeln und füllende Flüssigkeiten zusammen ein kräfteübertragendes System bilden. Solche komplexen Systeme sind am besten aus ihrer Entstehung und „Herstellung“ zu verstehen. Fasernetze und Netzverspannungen geben dem weichen Pneu- oder Hydroskelett Beweglichkeit und Festigkeit. Äußere Gestalt und innerer Feinbau weisen den Knochen als erhärteten, vorgespannten Pneu aus. Hartsubstanz und stützender, wechselnder Innendruck in Verbindung mit dem Blutkreislauf, machen die Belastbarkeit des Knochens aus. Knorpelsubstanz hingegen muß bei ähnlicher Bausubstanz als druckdicht angesehen werden. Es wird vermutet, daß alle anderen kraftübertragenden vernetzten Fasersysteme einen knochenähnlichen Aufbau, mit allen Zwischenstufen der Verhärtung, haben. Biegeweiche Fasernetze können sich selbst arrangieren, umbauen und reparieren. Eine ähnliche Selbstorganisation findet sich beim inneren Fasernetz des Knochens. Beim Knochenbruch dichtet der Kallus den beschädigten Pneu ab. Die Netzstruktur des belasteten Knochens zeigt ähnliche Verläufe wie jene hypothetischen Linienzüge des Kräfteflusses in Festkörpern. Es wird die These dargestellt, daß der Knochen sowohl während seines Entstehungsprozesses als auch in erhärteter Form in bezug auf sein Tragverhalten als pneumatisches System interpretiert werden kann.
Abstract
Having a precise knowledge of the construction methods of technical objects is helpful to understand the developing processes in nature, the patterns, the bearing capacity and the investment of energy and material of natural lightweight structures. An engineering framework out of bars and knots can be compared with a framework of bones — keeping in mind, however, that solid and soft components viz. bones, cartilage, sinews, muscles and filling liquids together are building a force guiding system. Such complex systems can most easily be explained by their development and “production”. Fibre nets and networks provide flexibility and stiffness to the weak pneu- or hydroskeleton. Outer appearance and internal microstructure prove the bone to be a solidified and prestressed pneu. The load capacity of the bone is determined by the solid materials and the supporting, varying inner pressure in combination with the blood circulation. In contrast to that the pressure of cartilage made of similar materials is constant. All other force guiding networked fibre systems are supposed to have a bone-like structure with all states of solidification. Highly flexible fibre nets are capable of self-alignment, self-remodelling and self-repair. A likewise self-organization can be found in the inner fibre net of the bone. In case of a fracture callus will seal the damaged pneu. The net structure of a strained bone has routings similar to the hypothetical flow of forces within solid bodies. The author evolves the thesis that the bone in the course of its forming process as well as in its final stiffened shape can be looked upon as a pneumatic system with regard to its loadbearing behaviour.
Keywords
bones • blood circulation • callus • pneumatic system • pressure • engineering framework • architect