Bionik at Karlsruher Institut für Technologie

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Schlangenhaut/-schuppen

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Haifischeffekt am Flugzeug

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Warum gibt es in der Natur keine Räder (nur Beine) zur Fortbewegung ?

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Laufroboter entwickeln - Wie viele Beine?

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Methoden zur Widerstandsverminderung unter Wasser ?

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3 Regeln, damit ein Schwarm zusammenbleibt ?

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Definition Schwarmintelligenz

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Klimatisierung durch Adobe

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Untersuchung von Schwärmen ?

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Unterscheidung zwischen Technische Biologie und Bionik ?

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Harte & Weiche Bionik ?

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Bionik

Schlangenhaut/-schuppen

  • können Bäume & Steigung erklimmen
    • (Bauch-)Schuppen klinken sich in Oberfläche ein


Von Schlangenhaut zum Skibelag

  • strukturierte Schuppe, die sich beim Rückwärtsziehen verkeilen
  • heute in Langlaufskiern verwendet
    • in Mitte Zackenstruktur
    • beim Zurückziehen verkeilen

Bionik

Haifischeffekt am Flugzeug

Idee => Effekt auch in anderen Medium, z.B. Luft einsetzten

  • Haifisch-Rillenfolie auf Airbusflügel angebracht
  • Effekt ist vorhanden & Spritverbrauch wurde reduziert => 1% der Kosten gespart
    • Aber: Aufwand Folien aufbringen (Kosten) => nicht wirtschaftlich
    • Folien nicht langlebig => Flugzeug Stillstand kostet 1% des Gewinns

=> Nicht Wirtschaftlich


  • neuer Versuch von Lufthansa & Airbus 
    • bessere Folien oder Lack
    • Project FAMOS

Bionik

Warum gibt es in der Natur keine Räder (nur Beine) zur Fortbewegung ?

Vorteil Bein gegen Rad

  • Geländegängigkeit
    • Übersteigen von störenden Objekten
  • Steigvermögen
    • Treppe bringt bereits ein Radfahrzeug in Schwierigkeiten
  • Manövrierfähigkeit
    • Beinen können in alle Richtungen bewegt werden
  • Transportkosten
    • Radfahrzeug nur dann rentabel, wenn Aufbau & Unterhaltung der Straßen nicht mit einbezogen wird

Bionik

Laufroboter entwickeln - Wie viele Beine?

  • 6 Beine für "Doppel-Dreibein-Gang"
    • Stabilität
    • Einfach umzusetzen, da Steuerungs- & Regelungsaufwand gering
    • kein GGW-Sensr
    • 1x Schrittfolge => 1x Schrittlänge
  • 4 Beine
    • ohne GGW-Sensor nur ein Bein bewegen => 4x Schritte für 1x Schrittlänge


=> Vgl. 6-Beiner zu 4-Beiner => Geschwindigkeitsverhältnis 1:4

Bionik

Methoden zur Widerstandsverminderung unter Wasser ?

  • Thunfisch/Pinguin-Form (Erhaltung laminarer Grenzschichten)
  • Fischschleim (Dämpfung turbulenter Mikrowirbel)
  • Haifisch-Schuppenrillen (Mindern des Strömungsschlingern)
  • Pinguin-Federkleid (Luftspeicher zur Mikroblasen-Ejektion)
  • Lufthaltende Oberflächen (Veränderung der Grenzschicht)

Bionik

3 Regeln, damit ein Schwarm zusammenbleibt ?

1. Bleibe dicht an deinen nächsten Nachbarn

2. Bewege dich in die gleiche Richtung

3. Halte genügend Abstand

Bionik

Definition Schwarmintelligenz

  • Zwei oder mehr Individuen erwerben weitgehend unabhängig voneinander Informationen, die durch soziale Interaktion kombiniert und verarbeitete werden

=> Dadurch wird ein kognitives Problem auf eine Art & Weise gelöst, die für einzelne Individuen so nicht umsetzbar wäre

Bionik

Klimatisierung durch Adobe

Adobe = Lehm bzw. Mörtel mit Pflanzenresten gemischt (organisch)

  • auffindbar bei Tieren, Vögle und Insekten 
  • Vorteil
    • große Wärmekapazität (Außentemp. 30°C - Innentemp. 22°C) => Kühlen
    • Leichte Herstellung
    • Variabel Einsetzbar
  • Nachteil
    • Pflege (Regen)
    • Geruch

Bionik

Untersuchung von Schwärmen ?

  • Nicht alles was ein Schwarm macht, muss clever sein
  • Untersuchung von Schwärmen kann helfen
    • kollektives Verhalten großer Menschenmengen zu verstehen (z.B. Massenpanik)
    • neue Produkte entwickeln
    • ...

Bionik

Unterscheidung zwischen Technische Biologie und Bionik ?

Beide bedienen sich aneinander !


Technische Biologie

  • Erklärung für biologische Sachverhalte
  • "zivilisatorisch-kulturelle Aufgabe"

Bionik

  • Anwendung
  • "praktische Notwendigkeit"

Bionik

Harte & Weiche Bionik ?

Weiche Bionik

  • Architekturbionik
  • Nur die Form aus der Natur zu übernehmen

Harte Bionik

  • (technische) Funktionsweise nachempfinden und umsetzen

Bionik

Rotationsmotor von E. Coli Bakterien

  • E. Coli Bakterien rotieren ihre Geißeln mit einem "Motor" der durch chemische Energie angetrieben wird
    • 1974 nachgewiesen

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