PowerPoint-Folien zur 8. Vorlesung „Bionik I“

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1 PowerPoint-Folien zur 8. Vorlesung „Bionik I“
Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 8. Vorlesung „Bionik I“ Berg- und Talbahnen in der Natur Bolzenflug, Schwimmspringen und Karussellsegeln Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

2 Bolzenflug einer Meise

3 Kräfte an einem Modell-Vogel = Flügel-Auftriebsbeiwert
= Profil-Widerstandsbeiwert mit = Rumpf-Widerstandsbeiwert

4 für mittleren Horizontalflug
Zeitliches Mittel Steigphase Sturzphase Mittel

5 Minimum Liefert die unsinnige Lösung:
Das in der Luft still stehende Flugzeug (wegen der unendlich großen Fläche möglich) hat den geringsten Widerstand. Betrachtung der „halben“ Aufgabe: v sei vorgegeben.

6 Minimum 5,8 0,05 Abhebegeschwindigkeit eines Vogels Nicht frei ! für c
für bestes Gleiten opt a c wP L p für

7 Zur Evolution der Mobilität in der Natur
Es beginnt mit der passiven Mobilität: Pflanzen schicken ihre Samen durch abenteuerliche Konstrukte auf die Reise. Erster Vorteil: Am fer-neren Standort ist der Boden fruchtbarer. Zweiter Vorteil: Das Erbgut wird weitläufiger durchmischt. "Wenn der Prophet nicht zum Berge kommt, dann muss der Berg eben zum Propheten kommen„ - Das ist der Ausgangspunkt für die Entwick-lung der aktiven Mobilität. Tiere müssen unter Energieaufwand Nah-rung suchen. Die „gebratenen Tauben fliegen ihnen nicht in den Mund“.

8 Benzin-Hamstern auf der Zapfstraße
Ein Modell für den Zweck der Mobilität von Lebewesen Ein Autofahrer fährt eine wundersame Straße entlang. Alle 10 km kann er kostenlos 1 ℓ Benzin tanken. Bei welcher Geschwindigkeit hamstert er das meiste Benzin pro Stunde ? Benzinverbrauch bei 50 km / h: ℓ /100 km Benzinverbrauch bei 100 km / h: 5 ℓ /100 km Benzinverbrauch bei 200 km / h: 10 ℓ /100 km

9 Q -Minimierung siehe Kapitel 6 der Bionik I Vorlesung
Gewinn [ℓ /h] = ( Tanken [ℓ /km] – Verbrauch [ℓ /km] )  Geschwindigkeit [km/h] Benzinverbrauch bei 50 km / h: ℓ /100 km Benzinverbrauch bei 100 km / h: 5 ℓ /100 km Benzinverbrauch bei 200 km / h: 10 ℓ /100 km G = (0,1 – 0,02) · 50 = 4 ℓ /h G = (0,1 – 0,05) · 100 = 5 ℓ /h G = (0,1 – 0,10) · 200 = 0 ℓ /h Analoge biologische Gewinnfunktion Gewinn [kJ/h] = ( Nahrung [kJ /km] – Flugarbeit [kJ /km] )  Geschwindigkeit [km/h] Q -Minimierung siehe Kapitel 6 der Bionik I Vorlesung

10 Schwimmspringen in der Natur
Der Delfinstil Schwimmspringen in der Natur

11 Spiel oder Energieminimierung ?

12 Steinwurf Über- und Unterwasserbahn eines Delfins

13 Annahme: Mit Annahme Kreisbahn !
Der Delfin muss in der Unterwasserphase den Eintauchwinkel a in den „Spiegelwert“ (- a ) umdrehen. Annahme: Mit

14 Weggewinn des Schwimm-Sprung-Stils der Delfine
w = Wasserweg l = Luftweg

15 Delfine im Delfinstil

16 Foto: Ingo Rechenberg Pinguin im Delfinstil

17 Der Flug des Albatros

18 Albatros bei der unteren Kehrtwende
Foto: Ingo Rechenberg Albatros bei der unteren Kehrtwende

19 Albatros im dynamischen Segelflug
Scherprofil des Windes Albatros im dynamischen Segelflug

20 v Zum Flug des Albatros v v+ w v+ w v+2w Das Eisschollen-Bob-Modell v+2w

21 Zwei Denkmodelle zum dynamischen Segelflug
Jo-Jo-Spiel Kugelschleudern Zwei Denkmodelle zum dynamischen Segelflug

22 Unimodale Optimierung
in der Natur

23 unimodal multimodal

24 Beutelmaus Die parallele Maus in der Evolution

25 In Australien Unimodale Evolution (Optimierung) Beutelratte Beutelhund
Beutelbär Australien Beuteligel Beutelmaulwurf Unimodale Evolution (Optimierung)

26 Das bessere Auge des Octopus
Octopus: Nerven hinter der Netzhaut Wirbeltier: Nerven vor der Netzhaut (Fehlkonstruktion)

27 Beutelmensch

28 Ende