Bionika České vysoké učení technické v Praze

Bionika České vysoké učení technické v Praze

Co je bionika?

Relativně mladá vědní disciplína

1919 1920 1925 1940

– Francé, R.H.: Technické výkony rostlin - Francé, R.H.: Rostlina jako vynálezce – Lilienthal, G.: Biotechnika létání – Niklitschek, A.: Technika živého

Vznikl na přelomu 50. a 60. let na základě prudkého vývoje technických věd po druhé světové válce

BIO logie BIONIKA Tech NIKA

Současné cíle

Rozvoj v technických vědách Rozvoj v biologických vědách Nové výrobní procesy (biotechnologie) Nové způsoby uplatnění (umělé orgány, bioprotézy, …)

Dělení bioniky

Obecná

Systematická

Studuje biologické jevy Třídí a upravuje pro specifické aplikované obory

Specificky použitá (aplikovaná)

Vytvoření modelu a prototypu výrobku

Technika budoucnosti se učí od přírody

Bionika – příroda jako vzor Analogie Létání a plavání Chození a uchopování Rozeznávání Miniaturizace

Konstruování Úspora místa Využití energetických zdrojů Optimalizace

Příroda jako vzor

Makovice x slánka

Příroda jako vzor

Londýnský křišťálový palác x listy viktorie královské

Příroda jako vzor

Olympijský stadion v Mnichově x listy lípy

Příroda jako vzor

Televizní věž ve Stuttgartu x stébla trávy

Příroda jako vzor

Restaurace hotelu San Juan v Portoriku x mořská mušle

Příroda jako vzor Pružnější konstrukce (nerovnoměrné zatížení větrem nebo sněhem)

Příroda jako vzor

Zpívající robot (firma SONY)

58 cm vysoký rozeznává tváře, hlasy a jména vede jednoduchou konverzaci (ovládá cca 20 000 slov) dokáže zpívat (cca 10 písní) a tančit pokročilá inteligence DOMÁCÍ MAZLÍČEK???

Analogie

Čelisti mravkolva x kombinované kleště Příklad vývoje nezávislého na přírodě Stejné funkční využití

Analogie

Nebozez x pilořitka

Analogie

lidské svaly x pneumatické

inspirace konstrukcí i funkcí pevná vlákna kosočtvercového tvaru – trojrozměrná křížová konstrukce vícekomponentové kapalinotěsná pružná hadice

Létání a plavání

Studium vztlaku při vzletu


Pera s různými funkcemi (analogie u letadel) Klapky slotů, výstupky, zakřivení křídel


Kolibřík x vrtulník


pampeliška x padák



kytovci x letadla a lodě výrůstky na tělech kytovců

snižují tření (cca o 10%) nadlehčují tělo (cca o 5%)

povrch letadel a lodí


povrch žraločí kůže – podélné drážkování ⇒ snížení tření (cca o 10-11%) povrch letadel a lodí úspora pohonných hmot

Chození a uchopování






Chození a uchopování Robotický systém da VINCI




tlapka kočky se při doskoku roztáhne při kontaktu s podložkou ⇒ využití při konstrukci pláště pneumatiky při brždění se podstatně rozšíří stopa pneumatiky ⇒ zkrácení brzdné dráhy, lepší adheze na mokré vozovce





chobotnice – přísavky

přísavky na spodní straně chapadel – schopnost udržet předměty drobnější než přísavka povrch přísavek není hladký – mikroskopické výběžky – dokonalý kontakt s povrchem uchopeného předmětu (dosud vyráběné přísavky – hladké)


Rozeznávání - sluch

kochleární neuroprotéza přijímač – převod zvuku na elektrický signál (v čipu upraven) a veden do vnitřního ucha elektrody napojené na nervové buňky

Rozeznávání - zrak

implantát umístěný na sítnici kamera v brýlích – změna obrazu laserové signály vstup do oka – na implantát – převod signálu na elektrické impulsy – do očního nervu (tato část je zatím nedořešena)

Rozeznávání - zrak

Rozeznávání - hmat

tlakové senzory Zpětná transformace signálu ze senzorů – pocit svrbění, mravenčení – rozeznání kvality povrchu využití – NASA – astronauti ve vesmíru při práci v rukavicích – umístění senzorů na rukavice

Úspora místa

Úspora místa

Konstruování

rostliny – inspirace pro stavební konstrukce trávy:

ultralehká a přesto ve větru pevná stébla

stromy:

rozdvojení kmene nasazení větví ke kmeni

Konstruování

kostry zvířat – inspirace pro stavební konstrukce Lebka slona – sendvičová konstrukce Lastura loděnky

Konstruování

Bílkoviny:

Pružnost – resilin, elastin – uvolní kolem 90% energie Pavučina – méně pružná (vrací cca 35% energie), ale je pevná (3x větší zátěž než kevlar užívaný k výrobě neprůstřelných vest) Pavoučí vlákno o průměru zahradní hadice – udrží na každém konci plně naložený letoun Boeing 747 Deriváty elastinu (umělá výroba) – pohlcují vibrace – zvuková izolace (např. ponorky)

Konstruování

Měkkýši x superlepidla

přírodní tmely – bílkoviny podobné pryskyřicím + složitá směs látek = lepidlo zatvrdlé za 5 minut (podobné dvousložkovému epoxidovému lepidlu)

nátěr karoserie aut před stříkáním barvy ⇒ nátěr lépe drží

přirozená cirkulace vzduchu ochlazování v létě pomocí odpařované spodní vody

termitiště x klimatizace:

e

Využití energetických zdrojů

Využití energetických zdrojů

Optimalizace

Náhradní díly pro člověka:

srdce – kardiostimulátor, ventrikulární asistent ledviny – umělá ledvina plíce – umělé plíce slinivka – umělá slinivka játra – podpůrný systém jater umělá pokožka umělé cévy umělá krev

Optimalizace

Náhradní díly pro člověka:

paže – hole, protéza sluch – sluchadlo, kochleární neuroprotéza zrak – brýle, čočky, zrakový implantát hmat – tlakové senzory klouby – kloubní náhrady

Optimalizace ventrikulární asistent kardiostimulátor

Optimalizace

Ledviny:

v současnosti – umělá ledvina – velké a složité zařízení NASA – výzkum a vývoj osobní umělé přenosné ledviny

Optimalizace

lidská pokožka – schopnost regenerace umělá pokožka – dočasná náhrada 2 typy

kombinace silikonové fólie a vrstvy pocházející z hovězího masa a žraločích chrupavek nylon

Optimalizace

paže – protéza

paže a prsty z plastické hmoty uvnitř mechanismus poháněný elektřinou citlivé elektrody napojené na funkční nervy v pahýlu končetiny prsty citlivé, ale i silné – nerozbíjí vejce, ale rozdrtí ořech

Optimalizace

Oxfordská umělá ruka I. jedna z nejdokonalejších zdravotních konstrukcích na světě Oxford Intelligent Hand

2 prsty a palec váha 0,5 kg ovládá se dvěma svaly na předloktí (dvě elektrody) elektrické signály → zesílení → exekutivní obvody (způsobí např. svinutí prstů)

Optimalizace

Oxfordská umělá ruka II. Southampton Artificial Hand

řízena EMG signálem z předloktí

Optimalizace

Projekt Cyborg 2 vychází ze „Southamptnské ruky“ Kevin Warwick – voperovaný čip

Optimalizace

umělé klouby

největší problém – tření kluzný systém kov – polyetylen kovové součásti – ocelové slitiny, titan kloubní hlavice – kov, keramika, zirkonium

Optimalizace

Budoucnost

otevřené oči, fantazie, tvůrčí přístup aplikace

robotika medicína

další náhradní díly využití mikrorobotů využití nanotechnologií

stavební konstrukce konstrukce různých zařízení konstrukce dopravních prostředků

Bionika České vysoké učení technické v Praze

Recommend Documents