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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 10. Vorlesung Bionik I Pseudobionik kontra wissenschaftliche Bionik Die 7 Denkschritte der Bionik Weiterverwendung.

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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 11. Vorlesung Bionik I Pseudobionik kontra wissenschaftliche Bionik Die 7 Denkschritte der Bionik Weiterverwendung.

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1 Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 10. Vorlesung Bionik I Pseudobionik kontra wissenschaftliche Bionik Die 7 Denkschritte der Bionik Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

2 Wasserläufer (Gerris lacustris.) Vorbild für eine technische Wasserlaufmaschine ?

3 Robostrider Robostrider, ein künstlicher Wasserläufer von 9 cm Länge Wirbelbild der Fortbewegung B. Chan, D. Hu

4 Wasserläufer Beinhaare mit Nano-Rillen Nano-Rillen 200 nm 20 μm Xuefeng Gao & Lei Jiang, Beijing

5 2 cm 20 m Biologisches Vorbild Technische Nachahmung Entwurf einer Wasserlaufmaschine

6

7 Es gilt: Geometrische Ähnlichkeit zwischen biologischem Vorbild und technischer (Groß-)Ausführung ist zwar eine notwendige aber keine hinreichende Bedingung für gleiche physikalische Vorgänge.

8 Zusätzlich müssen auch die voneinander unabhängig wirkenden Kräfte im gleichen Verhältnis zueinander stehen (Dynamische Ähnlichkeit). Wenn diese Kräfte verschiedene physikalische Ursachen haben, kann sich bei Änderung des Maßstabes dieses Verhältnis ändern. Änderung der Kräfte-Resultierenden !

9 Oberflächenkraft Gewichtskraft Wasserläuferfuß Eingedellte Wasseroberfläche

10 Dynamische Ähnlichkeitskennzahlen: Cauchy-Zahl (Trägheitskräfte – Elastische Kräfte) Froude-Zahl (Trägheitskräfte – Gewichtskräfte) Eötvös-Zahl (Gewichtkräfte – Oberflächenspannung) Reynolds-Zahl (Trägheitskräfte – Reibungskräfte) (Trägheitskräfte – Oberflächenspannung) Weber-Zahl

11 konst Reynoldszahl Strömungsmedium: Dichte Zähigkeit Kinematische Zähigkeit y

12 Verkehrsflugzeug B-747 Re = 2 ·10 8

13 Segelflugzeug ASH-25 Re = 2 ·10 6

14 Flugmodell Zahnstocher Re = 8 ·10 4

15 Saalflugmodell Re = 4 ·10 3

16 Vogel Weißstorch Re = 1 ·10 5

17 Verkehrsflugzeug Segelflugzeug A2-Flugmodell Saalflugmodell a b c d a Adler b Bussard c Habicht d Sperber Re Reynoldszahl und Flügelprofil

18 Die 7 Denkschritte in der Bionik Nutzung der evolutiven Lösung Biologisches Funktionsprinzip F b stopp ja nein F b ähnlich F t ? Technisches Funktionsprinzip F t Biologische Randbedingungen R b Technische Randbedingungen R t R b ähnlich R t ? G b ähnlich G t ? Biologisches Gütekriterium G b Technisches Gütekriterium G t FuRaGü soll eine schwache Regel sein

19 F b = Schmetterlingsschuppen F t = Dachziegel Pseudo-Bionik: Unterschiedliche Funktionen in Biologie und Technik FbFb FtFt F b F t

20 R b = Flügelprofil Vogel R t = Flügelprofil Flugzeug Pseudo-Bionik: Unterschiedliche Randbedingungen in Biologie und Technik RbRb RtRt R b R t NACA Storch Adler Flugzeug

21 G b = Mohnkapsel G t = Salzstreuer Pseudo-Bionik: Unterschiedliche Gütekriterien in Biologie und Technik GbGb GtGt G b G t

22 Trivial-Bionik 1

23 Trivial-Bionik 2

24 Trivial-Bionik 3

25 Trivial-Bionik 4

26 Trivial-Bionik 5

27 Trivial-Bionik 6

28 Trivial-Bionik 7

29 Trivial-Bionik 8 Claus Mattheck

30 Nachtrag: Zwei weitere Beweise für die Optimierung in der biologischen Evolution

31 Imitation von Tieren Zoomimese Pflanzen oder Pflanzenteilen Phytomimese Leblosen Gegenständen Allomimese Mimese

32 Dornzikaden an einem Rosenstamm

33 Minimum 2 istsoll )( x yy Problem der Kurvenanpassung soll y ist y

34 Die Thailändische Langkopfzirpe Hier ist der Kopf !

35 Mimese eines abgebrochenen Astes durch einen Falter (Phalera bucephala) Mondvogel

36 Lonomia Motte Kopf Rechte Flügelsptze Linke Flügelspitze

37 Blatt-Mimese eines Baumfrosches im peruanischen Regenwald

38 Verborgen im Saharasand Foto: Ingo Rechenberg

39 Optimalkonstruktion Facettenauge

40 Konstruktion eines Facettenauges Stubenfliege

41 Optimierungsproblem: Das Facettenauge soll einen möglichst kleinen optischen Auflösungswinkel haben: Konstruktive Grenze: Um die Objekte A und B voneinander getrennt zu unterscheiden muss gelten: Optische Grenze: Licht wird an kleinen Öffnungen gebeugt. Um A und B getrennt zu detektieren darf der Beugungswinkel nicht größer als /2 sein (Rayleighsches Kriterium): Optimalkonstruktion Facettenauge

42 Ende


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