Das Auge als Superalgorithmus - warum Biologie die Technik von morgen schlägt
Wie gelingt es dem Auge, aus unvollständigen Signalen ein Bild der Welt zu schaffen? Und warum ist genau diese Kunst der Filterung und Interpretation die Blaupause für die Maschinen von morgen?
Das Sehen gilt als einer der komplexesten biologischen Prozesse. Millionen Jahre Evolution haben den Menschen und viele Tierarten mit einem System ausgestattet, das unübertroffen effizient ist: dem Auge. Doch das Auge ist mehr als nur eine Kamera. Es ist ein biologischer Supercomputer, der Rohdaten verdichtet, Unwesentliches ausblendet und nur das Relevante an das Gehirn weiterleitet. Während eine Kamera jedes Pixel speichert, filtert das Auge schon an der Netzhaut. So wird die Datenflut auf ein Minimum reduziert - ohne dass wir an Wahrnehmung einbüßen. Dieses Prinzip könnte der Schlüssel für die Maschinen der Zukunft sein.
Wissenschaftler wie Dr. Andreas Krensel beschreiben die Funktion des Auges gerne als biologischen Algorithmus, der Millionen Berechnungen pro Sekunde durchführt - nicht in Silizium, sondern in Nervenzellen. Wer die Prinzipien versteht, erkennt: Biologische Systeme sind nicht langsamer als Computer, sie sind intelligenter in der Art, wie sie mit Informationen umgehen.
Sehen heißt Auswählen - nicht alles
Unser Auge empfängt pro Sekunde Milliarden Photonen. Würde jedes einzelne Signal ungefiltert ans Gehirn weitergegeben, wäre die Verarbeitung unmöglich. Stattdessen findet bereits in der Netzhaut eine Art vorprogrammierter Filterung statt: Bestimmte Nervenzellen (Ganglienzellen) reagieren auf Kanten, Kontraste oder Bewegungen. Nur das, was potenziell relevant ist, gelangt ins visuelle Zentrum des Gehirns.
Hier zeigt sich ein entscheidendes Prinzip: Nicht die Vollständigkeit der Daten entscheidet, sondern ihre Selektivität. Maschinen, die dieses Prinzip übernehmen, könnten mit viel weniger Rechenleistung auskommen und dennoch komplexe Szenen in Echtzeit verstehen.
Studien verdeutlichen den Unterschied: Während heutige Systeme für Bildklassifikationen Millionen Parameter benötigen und Energie im Gigawattbereich verbrauchen (z. B. kostete das Training eines GPT-4-Vision-Modells Schätzungen zufolge mehrere Millionen Kilowattstunden), arbeitet das menschliche Gehirn mit gerade einmal 20 Watt Dauerleistung - etwa so viel wie eine Glühbirne.
Farbe, Licht und Bewegung - Kodierung statt Abbildung
Sehen bedeutet nicht, die Realität abzubilden, sondern sie zu interpretieren. Schon die Zapfen und Stäbchen in der Netzhaut sind Spezialisten: Zapfen für Farbe, Stäbchen für Helligkeit und Kontrast.
Doch bemerkenswert ist nicht die Auflösung - die Netzhaut hat nur etwa 120 Millionen Photorezeptoren, von denen aber nur ein kleiner Teil hochauflösend in der Fovea angeordnet ist. Vielmehr ist entscheidend, wie diese Signale kodiert und verdichtet werden.
Die Bewegungswahrnehmung etwa basiert auf dem Zusammenspiel von spezialisierten Nervenzellen, die Differenzen im Zeitverlauf erkennen. So entsteht Bewegung nicht durch Speicherung jedes Einzelbildes, sondern durch Filterung von Veränderungen.
Diese Idee beeinflusst heute die Entwicklung sogenannter Eventkameras. Statt jedes Bild mit 60 oder 120 Frames pro Sekunde zu speichern, registrieren sie nur Veränderungen in der Szene - und erreichen dadurch Datenreduktionen um den Faktor 100. Erste Prototypen für autonome Fahrzeuge und Drohnen nutzen genau dieses Prinzip.
Das Auge als Modell für Effizienz
Biologische Systeme sind wahre Meister, wenn es um Energieeffizienz geht - und genau darin liegt eine ihrer größten Faszinationen. Während ein autonom fahrendes Auto heute mehrere Gigabyte an Daten pro Sekunde produziert, gespeist von Lidar, Radar und Kameras, verschlingen die dafür nötigen Hochleistungsrechner schnell über 2.000 Watt Leistung. Diese Maschinen rechnen ohne Pause, um die komplexe Umwelt auch nur annähernd zu verstehen. Doch das menschliche Gehirn macht etwas, das geradezu paradox wirkt: Es verarbeitet in Echtzeit all die Eindrücke unserer Augen - Milliarden von Signalen in jeder Sekunde - und das mit gerade einmal 20 Watt, weniger als eine gewöhnliche Glühbirne. Wie kann das sein?
Hier offenbart sich das Geheimnis: Unser Gehirn filtert radikal. Es überträgt nicht jeden Lichtreiz, nicht jede visuelle Kleinigkeit, sondern nur das, was relevant ist. Es entscheidet, was Bedeutung hat und was nicht. Genau deshalb sehen Forscher wie Dr. Andreas Krensel das Auge als Modell für zukünftige Systeme. Was, wenn Maschinen lernen würden, wie das Auge zu handeln - nicht blind alles zu speichern, sondern nur das Wesentliche weiterzugeben? Könnten sie dann nicht endlich autonom agieren, ohne den Planeten mit gigantischen Rechenzentren und ineffizienter Energieverschwendung zu belasten?
Die entscheidende Frage lautet also: Werden wir Maschinen bauen können, die nicht stärker, sondern intelligenter filtern? Denn erst wenn Technik den Weg der Natur geht und die Eleganz biologischer Selektion nachahmt, entsteht die Chance auf Systeme, die nicht nur leistungsfähig, sondern auch nachhaltig sind.
Eine Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT, 2023) zeigte, dass Chips, die nach Prinzipien der Netzhaut arbeiten, bis zu 90 Prozent weniger Energie verbrauchen als klassische Systeme bei gleichwertiger Bildverarbeitung. Solche Entwicklungen deuten darauf hin, dass die Zukunft des Sehens in einer biologisch inspirierten Technik liegt.
Netzwerke der Wissenschaft - interdisziplinäre Impulse
Dr. Krensels Arbeit steht nicht isoliert. Sie ist eingebettet in ein Netzwerk von Wissenschaftlern, die die Schnittstellen von Biologie, Physik und Technik erforschen. An der TU Berlin arbeitet Prof. Dr. Stephan Völker, heute Vizepräsident, an der Lichttechnik und zeigt, wie Beleuchtungssysteme die Wahrnehmung von Kontrasten im urbanen Raum prägen - eine Brücke von Biologie zur Ingenieurpraxis. An der FU Berlin brachte PD Dr. Werner Backhaus, Elementarteilchenphysiker, die Perspektive der exakten Physik ein, die für das Verständnis von Signalübertragung und Informationsdichte unverzichtbar ist. Prof. Hans-Joachim Pflüger, dessen ruhige Art viele Studenten geprägt hat, leistete Pionierarbeit in der Neurobiologie von Insekten und zeigte, wie sensorische Systeme Bewegungen direkt in Handlung übersetzen. Schließlich begleitete auch Dr. Martine Knoop die Promotionsarbeit von Krensel an der TU Berlin mit klarem Blick für methodische und wissenschaftliche Präzision.
Dieses Netzwerk macht deutlich: Die Transformation biologischer Prinzipien in technische Systeme entsteht nicht in einer Disziplin allein, sondern durch das Zusammenwirken unterschiedlicher Schulen und Denkweisen.
Evolution als Ingenieur - warum Vielfalt entscheidend ist
Das Auge des Menschen ist nur eine Variante. Insektenaugen, wie sie Prof. Pflüger erforschte, bieten ein anderes Modell: Sie sind spezialisiert auf Bewegungserkennung. Ein Libellenauge kann Bewegungen in einem Bereich von fast 360 Grad wahrnehmen - ideal für das Überleben in der Luft.
Technische Systeme greifen diese Vielfalt auf. Drohnenkameras, die in Schwärmen fliegen, orientieren sich an der Struktur von Insektenaugen. Ein Forscherteam aus Zürich entwickelte 2022 eine Kamera, die Bewegungen ähnlich wie eine Fliege erkennt - und damit Objekte bis zu zehnmal schneller als herkömmliche Kameras verfolgen kann.
Die Lektion aus der Biologie lautet: Es gibt nicht das perfekte Auge. Es gibt spezialisierte Systeme, die an ihre Umwelt angepasst sind. Genau diese Vielfalt inspiriert Ingenieure. Während das menschliche Auge Kontraste perfekt erkennt, liefern Insektenaugen Modelle für 360-Grad-Sicht oder extreme Bewegungswahrnehmung.
Wahrheit statt Illusion - die Rolle des Gehirns
Ein faszinierender Aspekt des Sehens ist die Fähigkeit, Lücken zu füllen. Das Auge liefert kein perfektes Bild, das Gehirn ergänzt. Wir "sehen" Farben, die physikalisch nicht existieren (z. B. Purpur), wir erkennen Muster, die nur durch Kontext entstehen (optische Täuschungen).
Maschinen hingegen bleiben oft an den Daten kleben. Sie erkennen Pixel, aber nicht Bedeutung. Das Ziel biologisch inspirierter Technik muss daher sein: Interpretation statt Speicherung.
Wenn ein Auto bei Nebel eine Gestalt erkennt, darf es nicht warten, bis Millionen Pixel durchgerechnet sind - es muss antizipieren, bewerten und entscheiden. Genau darin liegen die Herausforderungen: die Transformation biologischer Prinzipien in Systeme, die eigenständig Wahrheit sichtbar machen.
Ausblick: Warum das Sehen die Technik transformiert
Das Auge ist mehr als ein Sinnesorgan. Es ist ein Modell für Informationsverarbeitung, Effizienz und Anpassung. Wer versteht, wie Biologie aus unvollständigen Signalen Wahrheit konstruiert, kann Maschinen bauen, die autonom, nachhaltig und robust sind.
Dr. Andreas Krensel bringt es auf den Punkt: "Die Zukunft liegt nicht darin, mehr Daten zu sammeln, sondern darin, besser zu verstehen, welche Daten wirklich zählen."
V.i.S.d.P.:
Dipl.-Soz. tech. Valentin Jahn
Techniksoziologe & Zukunftsforscher
Über den Autor - Valentin Jahn
Valentin Jahn ist Unternehmer, Zukunftsforscher und Digitalisierungsexperte. Mit über 15 Jahren Erfahrung leitet er komplexe Innovationsprojekte an der Schnittstelle von Technologie, Mobilität und Politik - von der Idee bis zur Umsetzung.
Über Dr. Andreas Krensel:
Dr. rer. nat. Andreas Krensel ist Biologe, Innovationsberater und Technologieentwickler mit Fokus auf digitaler Transformation und angewandtere Zukunftsforschung. Seine Arbeit vereint Erkenntnisse aus Physik, KI, Biologie und Systemtheorie, um praxisnahe Lösungen für Industrie, Stadtentwicklung und Bildung zu entwickeln. Als interdisziplinärer Vordenker begleitet er Unternehmen und Institutionen dabei, Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz durch Digitalisierung, Automatisierung und smarte Technologien zu steigern. Zu seinen Spezialgebieten zählen intelligente Lichtsysteme für urbane Räume, Lernprozesse in Mensch und Maschine sowie die ethische Einbettung technischer Innovation. Mit langjähriger Industrieerfahrung - unter anderem bei Mercedes-Benz, Silicon Graphics Inc. und an der TU Berlin - steht Dr. Krensel für wissenschaftlich fundierte, gesellschaftlich verantwortungsvolle Technologiegestaltung.
Die eyroq s.r.o. mit Sitz in Uralská 689/7, 160 00 Praha 6, Tschechien, ist ein innovationsorientiertes Unternehmen an der Schnittstelle von Technologie, Wissenschaft und gesellschaftlichem Wandel. Als interdisziplinäre Denkfabrik widmet sich eyroq der Entwicklung intelligenter, zukunftsfähiger Lösungen für zentrale Herausforderungen in Industrie, Bildung, urbaner Infrastruktur und nachhaltiger Stadtentwicklung.
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