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Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 8. Vorlesung Bionik I Berg- und Talbahnen in der Natur Bolzenflug, Schwimmspringen und Karussellsegeln Weiterverwendung.

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

4 für mittleren Horizontalflug Steigphase Sturzphase Zeitliches Mittel 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 Nicht frei ! Abhebegeschwindigkeit eines Vogels 5,80,05 für für bestes Gleiten opt a c wP c

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 Benzinverbrauch bei 50 km / h: 2 /100 km Benzinverbrauch bei 100 km / h: 5 /100 km Benzinverbrauch bei 200 km / h: 10 /100 km Ein Autofahrer fährt eine wundersame Straße entlang. Alle 10 km kann er kostenlos 1 Benzin tanken. Bei welcher Geschwindigkeit hamstert er das meiste Benzin pro Stunde ?

9 Gewinn [ /h] = ( Tanken [ /km] – Verbrauch [ /km] ) Geschwindigkeit [km/h] Benzinverbrauch bei 50 km / h: 2 /100 km Benzinverbrauch bei 100 km / h: 5 /100 km Benzinverbrauch bei 200 km / h: 10 /100 km Analoge biologische Gewinnfunktion Gewinn [kJ/h] = ( Nahrung [kJ /km] – Flugarbeit [kJ /km] ) Geschwindigkeit [km/h] G = (0,1 – 0,02) · 50 = 4 /h G = (0,1 – 0,05) · 100 = 5 /h G = (0,1 – 0,10) · 200 = 0 /h Q -Minimierung siehe Kapitel 6 der Bionik I Vorlesung

10 Schwimmspringen in der Natur Der Delfinstil

11 Spiel oder Energieminimierung ?

12 Steinwurf Über- und Unterwasserbahn eines Delfins

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

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

15 Delfine im Delfinstil

16 Pinguin im Delfinstil Foto: Ingo Rechenberg

17 Der Flug des Albatros

18 Foto: Ingo Rechenberg Albatros bei der unteren Kehrtwende

19 Albatros im dynamischen Segelflug Scherprofil des Windes

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

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

22 Unimodale Optimierung in der Natur

23 unimodal multimodal

24 Beutelmaus Die parallele Maus in der Evolution

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

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

27 Beutelmensch

28 Ende


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