Bionika
A bionika (szintén biomimikria , biomimetika vagy Biomimese ; bőrönd szó a biológiából és a technológiából ) a természeti jelenségek közvetítésével foglalkozik. Jól ismert példa a történelemből Leonardo da Vinci ötlete, hogy a madarak repülését repülőgépekre helyezze át. Példa a modern életből a barnák tépőzáras ihletésű példája . A bionika azon a feltevésen alapul, hogy az élő természet az evolúciós folyamatok révén optimalizált struktúrákat és folyamatokat fejleszt ki, amelyekből az emberek tanulhatnak.
Interdiszciplináris kutatási területként a bionika vonzza a természettudósokat, mérnököket, építészeket, filozófusokat és tervezőket. A Bionics az élő természet megoldásainak szisztematikus felismeréséről szól; így megkülönbözteti magát a céltalan természet -inspirációtól. Céljuk mindig egy, a természettől elkülönült műszaki objektum vagy folyamat, amellyel a bionika különbözik a biológiai folyamatokat használó és kiterjesztő tudományoktól, például a bioinformatikától , a biofizikától és a biokémiától . A bionika jelentősen hozzájárul a biológiai folyamathoz .
Definíciók
A bionika egyik alapítója, Werner Nachtigall a következőképpen határozta meg a kifejezést:
„A bionika mint tudományos tudományág szisztematikusan foglalkozik a biológiai rendszerek konstrukcióinak, folyamatainak és fejlesztési elveinek technikai megvalósításával és alkalmazásával. Ez magában foglalja az élő és élettelen részek és rendszerek közötti kölcsönhatás szempontjait, valamint a biológiai szervezeti kritériumok gazdasági-technikai alkalmazását is. "
Meghatározásának első mondata egybeesik a VDI mondatával - ez a következőképpen írja le a bionikát:
„A bionika alatt olyan kutatási és fejlesztési megközelítéseket értünk, amelyek műszaki alkalmazási érdeklődést mutatnak, és a problémamegoldások, találmányok és újítások keresése során az élő rendszerek elemzéséből származó ismeretekre támaszkodnak, és ezeket az ismereteket átadják a műszaki rendszereknek. A biológiából a technológiába való áttérés gondolata a bionika központi eleme. "
Fogalomalkotás és történelem
Az angol kifejezés bionika először be az amerikai légierő Major Jack E. Steele 1960 konferencián irányítása alatt Heinz von Foerster a Wright-Patterson légibázis a Dayton , Ohio : „bionika Symposium: Living Prototípusok - A legfontosabb, az új technológiához ”. JE Steele, a katonai szolgálat ideggyógyásza a kifejezést a görög „bios” (élet) törzsből és az „-onics” utótagból ered, amely „tanulmányozza” A német bionika szó a biológia és a technológia kombinációja .
Az angol nyelvű világban a bionika jelentése leginkább a testrészek felépítésére vagy - általánosabban - a biológia és az elektronika kombinációjára korlátozódik (a kiborg ötletével kapcsolatban is ). Amit a német nyelvű országokban bionikának neveznek, inkább megfelel a biomimetika vagy az angol biomimicry kifejezésnek . Mivel sok szerző tisztában van a nyelvi problémákkal, a két fogalmat, a bionikát és a biomimetikát gyakran szinonimaként használják .
A bionika történelmi úttörőjeként Leonardo da Vinci olasz feltaláló kéziratában többnyire 1505 -öt vezetett a madarak repülése során, és elemezte a madarak repülését, és megpróbálta átadni tudását repülőgépekben. Az első német szabadalmat a bionika területén Raoul Heinrich Francé 1920 -ban kapta meg egy „új szórógépért” egy mákos kapszula mintájára . 1948 -ban Georges de Mestral svájci tudós kifejlesztette a tépőzárat a bojtorján .
Ingo Rechenberg 1964 -es előadása, amelynek címe: "Kibernetikai kutatási feladat kibernetikus megoldás -ellenőrzése ", mérföldkőnek számít a bionika történetében . Itt bemutatta a Darwin-in-the-wind alagútkísérletet , amelyben egy cikk-cakk formára hajtogatott csuklópánt lap a legkisebb ellenállással lapos formává alakul.
A bionika gazdasági megfontolása
A bionika még nagyon fiatal tudomány, ezért gazdasági jelentősége még viszonylag kicsi, de az utóbbi időben egyre több a bionikus munka, és egyre nagyobb az érdeklődés a bionikus fejlesztések iránt. Az utóbbi években egyre több bionikai kutatási eredmény áramlott a termékek fejlesztésébe, ami azt mutatja, hogy a bionika egyre nagyobb jelentőséggel bír. Továbbá a bionika növekvő jelentőségét világossá teszi a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium, a Német Szövetségi Környezetvédelmi Alapítvány és a Szövetségi Gazdasági és Munkaügyi Minisztérium által finanszírozott projektek folyamatosan növekvő száma. Ezenkívül sok kis céget támogatnak a bionikai kutatásban. Ezekkel a támogatásokkal sok termék elérte a termék érettségét, így forgalmazható. Ilyen termék például a Speedo fürdőruha, amely hasonló a cápabőr szerkezetéhez, és így tükrözi annak előnyeit is, például az alacsonyabb vízállóságot.
Fejlődés és elhatárolás
A bionika csak az elmúlt néhány évtizedben alakult ki megalapozott tudományos tudományággá, különösen az új és továbbfejlesztett módszerek (számítási teljesítmény, gyártási folyamatok, interdiszciplináris szempontok) miatt. A műszaki funkcionális elemek fejlesztésekor a mérnökök nem mindig voltak tisztában a természet párhuzamos fejlődésével. Tehát a keretet a trabeculák finom szerkezetének ismerete nélkül fejlesztették ki . Mivel semmilyen átruházás nem történt, az ilyen formális vagy funkcionális egyezéseket megfelelésnek, nem pedig bionikának nevezzük.
A biomimetika vagy a bionika mint tudományos diszciplína ezzel szemben kifejezetten olyan szerkezeteket keres a természetben, amelyek példaképként technikai jelentőségűek lehetnek. Ezt a megközelítést gyakran nevezhetjük puszta analógiakeresésnek . Ez azonban gyakran csak kis ugrásokat tesz lehetővé az innovációban , mivel a műszaki alkalmazásnak már felismerhetőnek kell lennie.
Alternatívaként bizonyos szerkezeti vagy szervezeti elveket biológiai alapkutatással lehet leírni , amelyeket csak ezután ismernek el alkalmasnak a technológia átadására. Például a csontszerkezet vizsgálatával új vázszerkezeteket fejlesztenek ki (például kettős falú szerkezetek merevítésére). Az egyes növényi alapú felületek nem nedvesíthetőségével és öntisztításával kapcsolatos ismeretek csak később vezettek olyan változatos ipari termékek kifejlesztéséhez, mint a homlokzatfesték, tetőcserepek és napellenzők úgynevezett lótuszhatással, és az aerodinamika sok ingert keresett állattan.
A Bionic Learning Network a Festo vállalat egyetemi, intézeti és fejlesztési vállalatokkal foglalkozó kutatószövetsége. A kezdeményezés célja új típusú technológiai hordozók előállítása a bionika alkalmazásával.
A bionika különböző részterületekre osztható: Az építési bionika összehasonlítja az építőelemeket és azok integrációit, a szenzorbionika az ingerfogadás rendszereit vizsgálja, a szerkezeti bionika elemzi a biológiai szerkezeti elemeket, a mozgásbionikai meghajtó mechanizmusokat, a felületi hatást és az áramlásszabályozást, a neurobionika a természetes Az információ továbbítása és továbbítása az informatikai rendszerekbe, a Baubionik az élő szervezetek vagy azok termékeinek teljes szerkezetét vizsgálta , a bionikai eszközök természetes eszközstruktúrákat valósítanak meg , a bionika eljárások elemző tanulmányokat nyújtanak a biológiai folyamatokról. B. A fotoszintézis , az éghajlati biomimetika rendszereket keres passzív szellőztetésre, hűtésre vagy fűtésre, az antropobionika tanulmányozza az állatok mozgását, gyakran a robotikában való használatra , az evolúciós bionika az evolúciós folyamatokat a kutatásba (kísérleti kísérlet-fejlesztés) helyezi át.
Alapvető megközelítés
Az analóg bionikában „felülről lefelé” zajlik a folyamat: meghatározza a problémát, analógiákat keres a természetben, elemzi ezeket az analógiákat, és végül a természetből származó ismeretekkel keresi a probléma megoldását. Példák:
- Repülőgép : Otto Lilienthal , Alberto Santos-Dumont és a Wright testvérek megfigyelték a nagy madarak repülését ( mozgását ), és így optimalizálták prototípusukat .
- Szárnyak a repülőgép szárnyainak végén: a repülőgépek szárnyhegyein lévő nagy örvények nagy üzemanyag -fogyasztást okoznak, ami körülbelül öt -hat százalékkal csökkenthető a szárnyak használatával. Szárnyaló / sikló madarak szárnyainak vizsgálata repülőgép -analógiaként. Egyes madárfajok ( pl. Ölyv , kondor és sas ) kézszárnyainak leírása , amelyek egy nagy örvény helyett több kisebbet okoznak, és így összességében kevesebb energiát fogyasztanak. Mesterséges szárnyak gyártása több örvénylevezető szerkezettel (szárnyakkal). A repülőgép-tervezők tovább fejlesztették a szárnyakat a szárnyhegy hurokprofiljává (osztott szárnyú hurok) ( spiroid ). A példa azt mutatja, hogy az optimalizálás végén nem kell mindig láthatónak lennie bionikus származtatásának.
- Új típusú profilok kifejlesztése autógumikhoz : a biológiai modellek például macska mancsok, amelyek kiszélesednek az irányváltáskor, és így nagyobb érintkezési felületük van a talajjal.
- Pók-szerű robotok, amelyek lábai önálló vezérlőfunkciókkal rendelkeznek, és ezért felülmúlják a központilag vezérelt robotokat.
Az absztrakcióban a bionika egy „alulról felfelé irányuló folyamat”: az ember a biológiai alapkutatásokhoz, a biomechanikához és a biológiai rendszerek által vizsgált funkcionális morfológiához folyik, észleli és leírja a mögöttes elvet, ennek elvének absztrakciója vezet (elkülönítés a biológiai modelltől és fordítás nem műszaki nyelvre), keresi a lehetséges műszaki alkalmazásokat, és végül mérnökökkel, technikusokkal, tervezőkkel stb.
Példák:
- Bizonyos biológiai felületek nem nedvesíthetősége és öntisztítása: Annak megfigyelése és alaposabb vizsgálata, hogy gyakorlatilag minden vízben oldódó anyag legördül a lótusz növény leveléről, szabadalmakhoz vezetett a rendkívül rosszul nedvesíthető és öntisztuló felületi szerkezetekhez (pl. új mesterséges felülethez, mint homlokzatfesték), a lótuszhatás . Lásd még: Viaszok a növény levelein , például a lótuszvirágból, a karalábéból stb.
- Alkatrészek szerkezeti optimalizálása ( CAO és SKO ): fák vagy csontok növekedési formái
- Ribletfóliák : Gyorsúszó cápák esetében a bőr felülete kicsi, szorosan csomagolt pikkelyekből áll. Ezeken a mérlegeken éles szélű finom barázdák vannak, amelyek az áramlással párhuzamosak. Ezek a mikroszkopikus hornyok csökkentik a súrlódási ellenállást . Ez az ellenállást csökkentő hatás minden turbulens áramlásnál hatékony, beleértve a levegőt is. A repülőgépet speciális fóliával (ún. Bordázott fóliával) lehet bevonni, amely felülről hasonló szerkezetű, és így csökkenti a repülőgép aerodinamikai ellenállását . A tudományos alapot a fosszilis cápákkal és azok "pikkelyeivel" kapcsolatos tanulmányok adják.
- Adhesive haj és egyéb ragasztó eszközök felületén a láb számos állatfaj, mint a strukturált biológiai felületekhez, amelyek modellként használhatók technikai alkalmazások bezárólag az építési autonóm mászó robot
- A tépőzárat a tépőzáras gyümölcsök mintájára fejlesztették ki (Georges de Mestral, 1956).
- A rajok intelligenciája és a hangya -algoritmusok technikai területekre helyezik át a közösségekben vagy nagyobb csoportokban élő rovarok és más állatok viselkedését.
Egy másik, a bionikához kapcsolódó terület a topológia optimalizálása . Itt is a felülről lefelé irányuló megközelítést alkalmazzák. Az alkatrészeket úgy tervezték, hogy a jövőbeni terhelésüket figyelembe vegyék, és így eltávolítsák a felesleges területeket, és csak a terheléshez szükséges csatlakozásokat hozzák létre.
Példák a technológia és a természet közötti megfelelésre
- Balekok is található a polipok és bogarak .
- A szonárt vagy a visszhangosítót a delfinek és a denevérek már jóval azelőtt használták, hogy az emberek észrevették volna .
- Repülőgép lécei : hüvelykujj szárnya a madár szárnyának
- Propeller : a juhar szárnyas gyümölcse
- Olyan konstrukciók, mint az Eiffel -torony : Ennek a modellje a csontok gerendaszerkezete
- Repülő szárny : a Zanonia macrocarpa légymagjának mintájára
- Fecskendők : mérges csípések származó méhek vagy darazsak
- Úszó uszonyok : hevederes lábak békákban vagy vízi madarakban
- Sugárhajtómű és rakétahajtás : a medúzák és a tintahalok visszarúgásának elve
- Atrapaniebla : Ködfogyasztó bogár ködös használata
- Szellőzőrendszer : szellőzőrendszer termeszek odújában
- A hidrofób jelleg és hidrofil jellege a köd ivó bogár inspirálja az építkezés egy palackot, hogy feltölti vízzel.
- Szélerőművek cső alakú acéltornyai : A modell szemcseszár
- Tépőzár: A modell tépőzár
Lásd még
- Biosystem technológia
- Evolúciós algoritmusok / evolúciós stratégia
- Hasonló technika
- Bio-esztétika
- Biogazdaság
- Cybathlon
- Neurobionika
- Építőipari bionika
- Mozgásbionika
- Érzékelő bionika
Technikai megvalósítás:
irodalom
- Eberhard Forth és Eberhard Schewitzer (szerk.): Bionics . Meyer zsebszótára. VEB Bibliographisches Institut, Lipcse 1976, DNB-Info .
- Werner Nachtigall , Kurt G. Blüchel : A bionika nagy könyve. Új technológiák a természet mintájára. DVA, Stuttgart és München 2000, ISBN 3-421-05379-0 (2003-as különkiadás az ISBN 3-421-05801-6 alatt ).
- Werner Nachtigall: Bionika. 2. kiadás. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-43660-X .
- Torsten Rossmann, Cameron Tropea: Bionika: A természettudományok, a mérnöki tudományok és a humán tudományok jelenlegi kutatási eredményei. Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-21890-4 .
- Zdenek Cerman, Wilhelm Barthlott, Jürgen Nieder: A természet találmányai. Rowohlt, Reinbek 2005, ISBN 3-499-62024-3 .
- Antonia B. Kesel : Bionika. Fischer, Frankfurt am Main 2005, ISBN 978-3-596-16123-2 .
- Kurt G. Blüchel: Bionika. Hogyan használhatjuk fel a természet titkos tervrajzát. Goldmann, München 2006, ISBN 3-442-15409-X .
- Zeuch Márton: Bionika. WAS IST WAS , 122. kötet. Tessloff, Nürnberg 2006, ISBN 978-3-7886-1509-3 .
- Lothar Brehmer: Nature - pacemaker a repülőgépek fejlesztéséhez. Projekt-Verlag, Halle 2007, ISBN 978-3-86634-344-3 .
- Sigrid Belzer: A természet legzseniálisabb találmányai. Bionika gyerekeknek. S. Fischer Verlag, Frankfurt am Main 2010, ISBN 978-3-596-85389-2 .
- Bionika. Félelmetes, persze. Fő téma a Westfalenspiegel kulturális folyóiratban , 4/2011, 14-27.
- Christian Johannsen: Potenciális energiamegtakarítás a cápabőr bevonatának köszönhetően. In: Schiff & Hafen , 9/2012. Szám, 82–86. O., Seehafen-Verlag, Hamburg 2012, ISSN 0938-1643 .
- W. Barthlott, W. Erdelen, M. Daud Rafiqpoor: Biológiai sokféleség és technikai újítások: bionika . In: Fogalom és érték a biológiai sokféleségben. Routledge Studies in Biodiversity Politics and Management . 2014, ISBN 978-0-415-66057-0 , pp. 300-315 .
- MC Demirel, M. Cetinkaya, A. Pena-Francesch, H. Jung: Recent Advances in Nanoscale Bioinspired Materials. In: Makromolekuláris bioscience. [elektronikus kiadvány nyomtatás előtt] 2014. december, ISSN 1616-5195 . doi : 10.1002 / mabi.201400324 . PMID 25476469 .
- Patricia Piekenbrock: Bionika. Tanulás a természettől - ösztönök az innovációra. Vogel Business Media, Würzburg 2018, ISBN 978-3-8343-3438-1 .
web Linkek
- A Festo Bionic Learning technikai felhasználása szempontjából nagyon különböző bionikus projektek léteznek
- Bionikai kompetenciahálózat (BIOKON eV)
- www.lotus-salvinia.de
- Bionika - Moti Bodek építész kiállítása az épületekről és projektekről . Nemzetközi hét, FHP University of Applied Sciences, Freiland Potsdam. 2014. május 12-16.
- Bionicum - Interaktív kiállítás a bionikáról Nürnbergben.
igazoló dokumentumok
- ↑ Mutschler, H.-D.: Természetes filozófia . Kohlhammer, Stuttgart 2002, itt: 120f.
- ↑ Werner Nachtigall: Bionika: Alapok és példák mérnököknek és természettudósoknak. 2. kiadás, Springer-Verlag Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-18996-8 , 3. o.
- ↑ A Német Mérnökök VDI Szövetsége (kiadó): VDI 6220 lap 1. Bionika - koncepció és stratégia - bionikus és hagyományos folyamatok / termékek megkülönböztetése . 2012.
- ↑ Német Szabadalmi Hivatal, 723730
- ↑ Rechenberg előadására a WGLR és a DGRR közös éves találkozóján került sor 1964 szeptemberében a berlini kongresszusi teremben.
- ↑ Stanislav Gorb & Dagmar Voigt: A funkcionális biológiai felületek mint a technológia modelljei. Teljesítmény. Kettős kiadás 2.2009 / 1.2010: 69–77. PDF letöltés ( Az eredeti emlékeztetője 2015. október 4 -től az Internet Archívumban ) Információ: Az archív link automatikusan be lett helyezve, és még nincs ellenőrizve. Kérjük, ellenőrizze az eredeti és az archív linket az utasítások szerint, majd távolítsa el ezt az értesítést.
- ↑ BBC News az NBD Nano amerikai induló cégről [1]
