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

Bolzenflug einer Meise

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

für mittleren Horizontalflug Zeitliches Mittel Steigphase Sturzphase Mittel

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.

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

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“.

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: 2 ℓ /100 km Benzinverbrauch bei 100 km / h: 5 ℓ /100 km Benzinverbrauch bei 200 km / h: 10 ℓ /100 km

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: 2 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

Schwimmspringen in der Natur Der Delfinstil Schwimmspringen in der Natur

Spiel oder Energieminimierung ?

Steinwurf Über- und Unterwasserbahn eines Delfins

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

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

Delfine im Delfinstil

Foto: Ingo Rechenberg Pinguin im Delfinstil

Der Flug des Albatros

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

Albatros im dynamischen Segelflug Scherprofil des Windes Albatros im dynamischen Segelflug

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

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

Unimodale Optimierung in der Natur

unimodal multimodal

Beutelmaus Die parallele Maus in der Evolution

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

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

Beutelmensch

Ende