Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 1

Természeti elvek az analógia alapú tervezésben Dr. Dömötör Csaba egyetemi docens

Gép- és Terméktervezési Intézet

1

Tervezési módszerek 

 

Intuitív gondolkodás • • • • •

Ötleteken alapul, alig befolyásolható, „ösztönös” folyamat Bonyolult összefüggések az altudatban feldolgozva Egyedi megoldások találhatók Nem kényszeríthető, és nem dolgozható ki Függ a személyes tehetségtől és tapasztalattól

Diszkurzív tervezés • • • •

Tudatos, befolyásolható folyamat Lépésről lépesre kidolgozható a probléma Részfeladatokra bontja az összetett feladatot Kisebb eséllyel születnek komplex frappáns megoldások

TRIZ (Altshuller) • • • •

Feltalálói Problémamegoldás Módszere Tudatos folyamat Nem függ pszichológiai tényezőktől Kitágul a mérnök látóköre 2

Kutatáshoz kapcsolódó tudományterületek 

Tervezési módszerek áttekintése  Előíró és Leíró elméletek  Diszkurzív tervezés - Intuitív gondolkodás  Analógia alapú problémamegoldás  1969: TRIZ - Genrikh S. Altshuller, hivatalnok



Hasonló általános TRIZ probléma

A TRIZ mátrix elemző használata

Hasonló általános TRIZ megoldás

Analízis és Újrafogalmazás

Analógia felhasználása

Speciális feladat

Speciális megoldás

Bionika és biomimetika  1959: „Technischer Biologie” Werner Nachtigall, biológus  1960: „Bionics” - Dr. Jack E. Steele, orvos-pszichiáter  1969: „Biomimetics” - Otto H. Schmitt, mérnök  2008: AskNature.org - Janine Benyus, természetkutató  2011: VDI ajánlások 3

Természeti elvek az analógia alapú tervezésben

1

Ha egy új probléma felmerül... • A szakember a saját szakterületén kezd keresni • Ez behatárolja a probléma lehetséges megoldásainak számát, illetve könnyen kizárhatja a vizsgálatból az ideális megoldást • Ennek kifejezésére vezették be a „pszichológiai inercia” vagyis a „lélektani tehetetlenség” fogalmát, ami egy korlátot fejezi ki a problémamegoldásban.

G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 1995

4

A „lélektani tehetetlenség” hatása

Koncepció 4 Koncepció 3 Koncepció 2

pszichológiai inercia vektora

Koncepció 1

Koncepció N

Probléma Megoldás G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 1995

5

A „lélektani tehetetlenség” hatása Az optimális megoldás a szakterületünkön kívül eshet Mechanika Termodinamika

P Elektromos és Kémiai hatások és technológiák

mágneses hatások és technológiák

M



6

2

TRIZ • A TRIZ kidolgozója: Genrich Saulovich Altshuller • Теория Решения Изобретательских Задач

Teorija Reshenyija Izobreatatyelskih Zadach szint 1 2 3 4 5

leírás létező rutin megoldások létező rendszer kisebb fejlesztése létező rendszer alapvető fejlesztése, ismert megoldások segítségével új elvek felhasználása a tudományból vett ötlettel új rendszer kialakítása ritka tudományos felfedezés alapján

a vizsgált szabadalmak százaléka 32% 45% 18% 4% 1% 7

TRIZ

– Feltalálói Problémamegoldás Módszere

Követelmények: 1. Legyen módszeres lépésenkénti folyamat 2. Vezessen el az ideális megoldáshoz az átfogó megoldáshalmazban 3. Megismételhető és megbízható legyen, ne függjön pszichológiai hatásoktól 4. Tegye hozzáférhetővé az inventív ismeretek tömegét 5. Képes legyen bővíteni is az inventív ismeretek halmazát 6. Legyen elég természetes a felhasználóknak az általános problémamegoldás sémája alapján


8

A TRIZ hipotézis „A miénkhez hasonló problémára már valahol született megoldás” Kreativitás = Megtalálni a létező megoldást és adaptálni a speciális problémára A mérnöknek le kell fordítania a feladatot a TRIZ nyelvezetére Hasonló általános probléma

A TRIZ mátrix elemző használata

Hasonló általános megoldás

Analízis és Újrafogalmazás

Analógia felhasználása

Speciális feladat

Speciális megoldás



9

3

A TRIZ koncepció A feladatok ellentmondásokra épülnek 39 mérnöki paraméter az ellentmondási mátrixban 40 TRIZ alapelvvel feloldhatók az ellentmondások A tervező kijelöl egy fő ellentmondást és a mátrixból kiválaszthatja a megoldást adó alapelvet

......

....

10

A TRIZ és a humor kapcsolata Definíciója: „Az élet ellentmondásait megértő, azokat derűben feloldó szemlélet”

Jellemzői: Az ember képes felismerni a valóság és az elvárás közötti különbséget

?

Az ember egyik jellegzetes veleszületett vonása VAGY tanult viselkedésforma? Humán érzelemkifejező, kommunikációs jelenség

Célja: A humor a tudás elmélyítését segítő közlési forma (…az oktatásban) Szemlélteti az adott irányelv jelentését és akár felhasználhatóságát is (…Altsullernél) 11

Aszimmetria 4.TRIZ alapelv

Hyundai Veloster

12


4

Összevonás 5.TRIZ alapelv

13

Kiegyensúlyozás 8.TRIZ alapelv

A Costa Concordia „talpraállítása”

14

Megelőző beavatkozás 10.TRIZ alapelv

„Self Supporting Runflat Tyre”

15


5

Hasznos tevékenység folyamatossága 20.TRIZ alapelv

16

Közvetítő elem 24.TRIZ alapelv

17

Hőtágulás 37.TRIZ alapelv

18


6

Humor alkalmazása A Humor… fokozza az oktatás hatékonysága elmélyíti a tudást

javítja a reklámok figyelemfelkeltő képességét befolyásolja a termékéletciklust szelektálja a fogyasztói rétegeket

megértése növeli az intelligenciát hatással van az életminőség érzetre stb 19

TRIZ és a természet kapcsolata • A természet a megoldott problémák legnagyobb tudásbázisa • Kapcsolatot kell teremteni a TRIZ alapelvek és a természeti

analógiák között • A természet hatáshordozóinak TRIZ alapelvekbe integrálásával növelhető az analógiák felhasználhatósága

20

Új szemlélet „We invent nothing - We simply discover”

Két módszer Megkeresni a létezőt... Alkalmazni a megtaláltat...

21


7

A biomimetika IRÁNYAI Absztraktív módszer Analóg módszer

22

Osztályozás: IRÁNY és TUDATOSSÁG

Természeti analógiák

Analóg

Absztraktív

TECH  BIO

BIO  TECH

Utólagos

Alkalmazott

Felkutatott 66%

3%

24%

Ösztönös 7%

tudatos Cél: tökéletesítés algoritmusának kidolgozása

Cél: Arány növelése kereshető katalógussal

Cél: absztrakció algo- Lehetőség: szemléltetés ritmusának kidolgozása 23

Ismert természeti analógiákkal történő tökéletesítés algoritmusa

24


8

Absztraktív eljárás származtatása Az analógia alapú problémamegoldás általános modelljéből

Általános feladat

Miért?

Általános megoldás

Hogyan?

Saját megoldás

Hol? Saját feladat

1. Miért? – A természeti kihívás megfogalmazása 2. Hol? – Alkalmazás lehetőségeinek vizsgálata 3. Hogyan? – Értékesíthető termék kidolgozása 25

Absztraktív eljárás algoritmusa

26

TARTALOM szerinti hierarchia

3.szint megegyező cél jele: C

FUNKCIONÁLIS

FORMAI

2.szint hasonló forma jele: F

ELVI

1.szint azonos elv jele: E 27


9

Részterületek VDI szerint Funkcionális bionikus felületek

VDI 6221:2011-07

Biomimetikus robotok VDI 6222:2011-11

Biomimetikus anyagok, struktúrák és alkotóelemek

Disszertáció szerinti részterületek Szerszámok HelyEnergia és és változtatási hulladékeszközök elvek gazdálkodás

VDI 6223:2011-08

Korszerű anyagok

VDI 6224 Blatt 1:2012-06

Szervező elvek

Evolúciós algoritmusok alkalmazásai Biológiai növekedési törvények alkalmazása a mechanikus alkatrészek szerkezet-optimálásához VDI 6224 Blatt 2: 2012-08

Teherviselő szerkezetek

VDI 6225 Blatt 1:2012-09

Információtechnika

VDI 6226 Blatt 1: 2013-10


Bionikus információ feldolgozás Építészet, Ipari formatervezés

Gépszerkezeti elemek

Formaalkotó elemek 28

Természeti analógiák rendszerezése Természeti analógiák

Formaalkotó elemek

Helyváltoztatási elvek

Szerszámok és eszközök

Konstrukciós megoldások



Korszerű anyagok

Energia és hulladékgazdálkodás


Szervező elvek

29


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

30


10

Formaalkotó elemek • Az ember tudatalattijában hordozza a természettel való

ősi kapcsolatát • A megszerzett tapasztalatok ösztönszerűen befolyásolják

döntéseinket • A természetből merített intuíciók formatervezésben való

alkalmazása egy-egy termék sikerének kulcsa lehet

31

A forma piaci jelentősége Formavilág Meghatározása a tervezési folyamat egyre fontosabb része Cél a profit Fogyasztói igényeket kielégítő – vagy ezt ígérő – és ezáltal eladható termékek piacra dobása Renault Mègane II (2003-2006)

Új termék? Az új műszaki tartalom létrehozása: - időigényes - költséges

Új formavilággal fenn lehet tartani az újdonság látszatát Renault Mègane II (2006-2009) 32

A termékéletciklus „a termék a piacon töltött ideje” Szakaszai: Bevezetés Növekedés Érettség Hanyatlás

 A termék fogyasztókkal való megismertetése  A termék már profitot termel  A telítetté váló piacon nem nő tovább a profit  Csökkenő profit, a termék kivonása frissítéssel kitolható

Formai frissítésekkel idő nyerhető egy alapjaiban új termék fejlesztésére is 33


11

A termékéletciklus meghosszabbítása Facelift Néhány éves modellek esetén Rendhagyó módon a Clio II megkapta a bevezetését élő Renault arculat formai elemeit

Renault Clio II (2001-2006)

Renault Clio II (2012)

34

A forma lélektani szerepe Érzelmi döntés tényezői: - a márka vagy típus hírneve - megnyerőbb márka-specifikus formaterv Peugeot 107

Toyota Aygo

Opel Agila

Citroën C1

Suzuki Splash

35

A forma lélektani szerepe Nissan Note

Nissan Pixo

Renault Modus

Suzuki Alto

36


12

37

38

A természet időtlen formái A természeti formák használatával elérhető: • Egyedi megjelenés • Megbízhatóság érzete • Érdeklődés felkeltése • Vásárlásra ösztönzés • stb

Stílusirányzattól függetlenül felidézhetők: • Mintázatok • Színkombinációk • Formai elemek • Arányok • stb 39


13

Formaalkotó elemek a természetben - Különböző formák, azonos funkciók -

40

Formaalkotó elemek a természetben - Szín, színezet, mintázat -

Rejtőzködés, megtévesztés, figyelemfelkeltés

41


Rejtőzködés, megtévesztés

42


14


Figyelemfelkeltés

43

Formaalkotó elemek a természetben - geometriai formák -

44

Formaalkotó elemek a természetben - arányok -

Lotus Elise 45


15

Másolás és inspiráció sss

“Lion Singer” varrógép (1868) Tervező: Kimball and Morton Company

Üveg és fa asztal Tervező: Shige Hasegawa 46

Másolás 26.TRIZ alapelv „Egy tárgy vagy folyamat kicserélése másolatra” Pl.: egyszerű másolat használata drága/bonyolult szerkezet helyett. Szemfoltok használata védekezésre

Melyik a hal eleje?

Emlős állat VAGY pillangó szárny? 47

A formaterv, mint információ Első benyomás A forma- és színterv befolyásolja a termék minőségéről alkotott képet

A formaterv Sugallhatja egy termékről, hogy „high-tech”, „modern”, „hagyományos” vagy „retro”. Szemlélteti az alkalmazott technológiát Kiemelheti a felhasznált anyagok minőségét Megtanítja a használathoz szükséges mozdulatokat

48


16

A formaterv, mint információ A színterv • Figyelem felkeltő vagy elterelő • Kompenzáló • Informáló

49

Színváltoztatás 32.TRIZ alapelv Polipok és kaméleon színekkel jelzik az érzelmeiket illetve így rejtőzködnek

50

A formaterv, mint marketing A design • Nonverbális úton jut el a felhasználóig • Hiteles • Az általa közvetített benyomások megerősítésére szolgál a termékleírás • Azt kell ígérje, amit a nyújt • Jelzései egyértelműek kell legyenek

Las Crono 2011 kerékpáros fejvédő „Nem csak áramvonalas, de annak is látszik”


51

17

A természet az ergonómia alapja

Handshoe Mouse gyártó: Hippus

52


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

53

Helyváltoztatás közege föld

földön

víz

föld alatt

vízfelszínen

=

vízben

levegő

levegőben

- lépegetés - ásás

- úszás

- közegterelés

- közegterelés

- ugrálás

- futás

- rakéta-elv

- vitorlázás

- lebegés

- siklás

- csúszás - gördülés

- bekebelezés

- lebegés

- kerék?

54


18

földön...

Lépegetés, araszolás

55

földön...

Ugrás



56

földön...

Csúszás

57


19

Gördülés

földön...

58

KERÉK?

földön...

?

rotatoria 59

föld alatt...

Ásás

60


20

föld alatt...

Bekebelezés

61

vízfelszínen...

baziliszkusz

Futás, járás

?

62

vízfelszínen...

Úszás

63


21

vízben...

Közegterelés

64

vízben...

Rakéta-elv

65

vízben...

Lebegés

nautilusz = csigaházas polip (hátranéző szifótölcséres külsővázas lábasfejű)polip)


66

22

vízben...

Közegellenállás legyőzése

Gray-paradoxon: A delfinek nagyobb sebességet érnek el, mint amennyi izomerejük alapján várható.

Az új műbőr a Laminoflow, mely torpedók bevonata





A delfin bőrének keresztmetszete

67

vízben...


 A két áramvonalas forma hasonlósága szembetűnő

 A farokúszó a stabilitást és

felhajtóerőt szolgálja 68


vízben... levegőben...

Bionikus autó

A térváz miatt a merevség 40%-kal nőtt a tömeg 30%-kal kisebb lett...

Bőröndhal (Ostracion cubicus)

Légellenállási tényező: 0,19 cW

Mercedes Bionic Car koncepció (2005)


69

23


levegőben...



Bálnák uszonyáról mintázott szélturbina lapátok

70


levegőben...



A cápabőr pikkelyei és a Speedo Fastskin úszódressz

71


levegőben...



A közegellenállás legyőzésére szolgáló áramvonalas forma

72


24


levegőben...



Eltérő közegek közti közlekedés analóg megoldásai

73

levegőben...

Aerodinamika

Harun Yahya: Design in Nature. Ta-Ha Publishers Ltd., I Wynne Road London SW9 OBB United Kingdom

levegőben...

74

Aerodinamika

Harun Yahya: Design in Nature. Ta-Ha Publishers Ltd., I Wynne Road London SW9 OBB United Kingdom


75

25

levegőben...

Aerodinamika

76

levegőben...

Vitorlázás

77

levegőben...

Siklás

78


26

levegőben...

Lebegés

79

levegőben...

Közegterelés

80

SmartBird és BioniCopter

81


27

levegőben...

Közegterelés

82

A „négyéltű” Hosszú csápok segítik a tájékozódást a szűk járatokban

Nagy szárnyak melyekkel képes a levegőbe emelkedni

Pajzs alakú fej-tor, ami az alagútásáskor kitámaszt

Hatalmas, erős lábak tolják előre a járatokban

Ollója biológiai ízesüléssel működik

?

„Célszerűség és SZÉPSÉG” = Funkció és forma összhangja Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt

83

A „négyéltű”

Volkswagen Aqua koncepció (2011)


84

28


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

85

Metszőolló

Rajz: Lissák György

Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt

86

Tépőzár

Forrás: Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., 1995, Budapest


87

29

Nanopad

88

Hőcserélő felületek

89

''kaktusz''-markoló Gömb megfogása

90


30

Rönkfogó markoló Henger megfogása

Forrás: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/rotary-grab-for-excavators-59118-2440799.jpg

91

Földmunkagép karja

Forrás: http://static.panoramio.com/photos/large/38761789.jpg

Forrás: http://m.cdn.blog.hu/be/belsoseg/image/truck2008/2/markolo.jpg

92

Szűrő

93


31

Gömbászka és tatu szelvényei

Forrás: http://gallery.photo.net/photo/16873772-lg.jpg

Rajz: Lissák György


94

Gáz-spay

95

Diótörő

96


32

Csúszócsomók Thomas M. A. Fink a természetben felismerhető szabálytalan mozgások nyomán fejlesztett ki új csúszócsomó kötési technikákat Felhasználása: - tengerészetben - horgászatban - marhapásztoroknál - nyakkendőkötésben

97

szúró-szívó szájszerv (szipóka)

98

Fullánk

99


33

Fullánk

100

fogó faroktoldat

101

Szúró szívó szájszerv

102


34

Vágó szájszerv

103

Szitakötőlárva fogóálarca

104

Rágó-harapó szájszerv

105


35

Fogó szájszerv

106

Fogó szájszerv

107

A hangyaleső fogószerve

108


36

Nyaló-szívó szájszerv

109

Szívónyelv

110

Vágó-rágó szájszerv

111


37

Tapadókorong Principle 15: Dynamicity „Change to be optimal or to find an optimal operating condition”

Sucking discs of Octopus for flexible connections

112

Mesterséges izom

113

Pumpa

114


38

Szelepek

115

Volta oszlop

116

Szigonypuska

117


39

Légrugó, szintszabályzó

118


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

119

Kardáncsukló



120

40

Fogaskerék, fogasív

A fiatal kabóca mindkét hátsó lábbalnak szinkronban történő elmozdulását a két lábat összekötő terület fogaskerékre emlékeztető kialakítása teszi lehetővé http://richpoi.com/cikkek/tudomany/fogaskerekekkel-ugranak-a-kabocak--video.html Malcolm Burrows Gregory Sutton, Cambridge University, (Science folyóirat 2013/09)

121

Gömbcsukló

122

Biológiai menet

123


41

Törőelem Principle 27: Cheap Short-Living Objects „Replace expensive object with a cheap one” E.g.: engineers use breaking piece as safeguard in expensive devices

As a defensive strategy the lizard may drop its tail (It will grow back once)

124


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

125

Duzzasztó gát

126


42

Héjszerkezetes építési mód Trans World Airlines Flight Center

Tervező: Eero Saarinen

127

Héjszerkezetes építési mód 

A héjszerkezetek nagyon jól ellenállnak a felületi terheléseknek



Természetes héjszerkezetek:

Kászonyi G.: Természeti formák hatása mérnöki műtárgyak tervezésére, TECHNIKA July - August 1998

128

Épületek alapozása

129


43

Víztorony

130

Rácsszerkezetek

A csont topológiai szerkezete rácsos konstrukcióhoz hasonló képet mutat

131

Szerkezeti csomópontok

Egy sugárállatka „szerkezeti csomópontja„ 1540szeres nagyításban: az Eiffel-torony acélszerkezetének csomóponti részlete Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt


132

44


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

133

TRIZ példák

134

Könnyített szerkezetek  Szendvicselem-típusok

G. Pahl - W. Beitz: A géptervezés elmélete és gyakorlata, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1981


135

45

Bambusz és nád szerkezet

A stuttgarti TV-torony

136

Fapépből papír

137

Pókfonal

138


46


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

139

Hulladék és Energiagazdálkodás A természetben nincs hulladék

Minden valami másik folyamatnak az alapanyaga 140/12

Hulladék és Energiagazdálkodás • Szétszerelés / Bontás • Megújuló energiaforrások • Újrafelhasználás (eredeti forma + eredeti cél) • Energiaminimum elve • Továbbfelhasználás (eredeti forma + új cél) • Hőcserélő elvek • Újrahasznosítás (eredeti technológia + új/hasonló forma) • Hőszigetelés • Továbbhasznosítás (új technológia + új forma)

141/12


47

Szétszerelés / Bontás

142/12

Újrafelhasználás (eredeti forma + eredeti cél)

143/12

Továbbfelhasználás (eredeti forma + új cél)

144/12


48

Újrahasznosítás (eredeti technológia + új/hasonló forma)

145/12

Továbbhasznosítás (új technológia + új forma)

146/12

Megújuló energiaforrások kiaknázása

147/12


49

Energiaminimum elve, kéményhatás

148

Hőcserélő elvek

149/12

Hőszigetelés

150/12


50

Napenergia hasznosítása

151

Önfenntartás

152

Önfenntartás 25. TRIZ alapelv: Önkiszolgálás „Hulladék erőforrás, energia vagy anyag felhasználása kidobás helyett” Az állatok a trágyájukkal segítik a takarménynövények növekedését. Az ember akár biogáz termelésre is tudja hasznosítani tehéntrágyát.

153


51

Trágyaszórás

154

Alternatív üzemanyagok 22. TRIZ alapelv: Hátrányból előnyt kovácsolni „Káros tényezők felhasználása pozitív hatás eléréséhez”

155


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

156


52

A kommunikáció  Definíció:

Adott kapcsolatban álló felek egy általuk kialakított jelrendszer révén adott információkat képesek közölni egymással, és így befolyásolni egymás viselkedését.  Tágabb értelemben rendszerek közötti információcserét jelent, vagyis olyan jelenség, amelyben információk mozognak.  Axiómái: 1.) Lehetetlenség nem kommunikálni 2.) A kommunikáció metajelenség 157

A kommunikáció típusai • A folyamat iránya szerint: egyirányú, kétirányú

• A küldő és fogadó közötti kapcsolat alapján: közvetett és közvetlen

• Dimenziók mentén: általános, technikai, biológiai, állati, emberi

158

Kommunikáció a természetben Alapvetően megvalósulhat:  Látás  Hallás  Tapintás  Szaglás  Ízlelés útján Speciális esetei lehetnek még:  Nyomásváltozás érzékelése (cápák)  Elektromosság érzékelése (kacsacsőrű emlős, pörölycápa)  Nagyfrekvenciás rezgések érzékelése (denevér, madarak, delfin)  Hőlátás (kígyók)  Rezgésérzékelés (rovarok)  Mágneses térerősség (madarak) 159


53

Látás Szem (szaruhártya-görbület a fókuszáláshoz, szivárványhártya, retina)

Fényképezőgép (lencsék fókuszálnak, fényrekesz, film)

Normál fókusz

Közellátás

Távollátás

A fejlábúak vagy lábasfejűek (pl.: polip, szépia, óriáskalmár) előre és visszarántják a lencsét, mint a diavetítő. A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002 Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation

160

Látás „Specialitások”: Hőlátás: Egyes kígyók szeme alatt úgynevezett gödörszervek vannak, amelyekben infravörös sugárzásra vagy hőre érzékeny membránok helyezkednek el. Már 0,005 °C hőmérsékletváltozást is érzékelnek, bár csak 15 cm-en belül Éjjellátás: Pápaszemes maki Nagy szemeit nem tudja mozgatni, de fejét mindkét irányban 180°-al elfordíthatja. A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002 Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation

161

Hallás Fülkagyló formája

Amfiteátrum alakja

Gramofon tölcsérje A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002


162

54

Hallás Dobhártya a fülben

Mikrofon membrán

A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002

163

Hallás „Specialitások”: Infrahangok érzékelése: A siketfajd érzékeli az emberi fül számára hallható tartományon kívül eső, alacsony frekvenciájú hangokat is.

A fajon belüli kommunikáció ezen formája jellemző még: • Elefánt • Bálnák (Víz alatt akár 1000km) A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002

164

Tapintás – Szaglás – Ízlelés  A természetben ezen oly gyakran alkalmazott információszerző elvek a műszaki gyakorlatban kevésbé terjedtek el.

Példák a műszaki gyakorlatból: Tapintás: 3D-s letapogató szkenner, végállás kapcsolók Szaglás: Füstérzékelő (?) Ízlelés: Vegyi anyagok észlelése, indikátorpapír

165


55

Testbeszéd, jelek

166

Rejtőzködés

167

Rejtőzködés és figyelemfelkeltés

168


56

LED 55% fényerőnövelés

This image shows the misfit scales found on the lantern of the Photuris firefly. Researchers found that the sharp edges of the scales let out the most light.

169

Eagle Eyes®

170

Lokátorrendszerek Radar és Szonár rendszerek RADAR – RAdio Detection And Ranging = „Rádiós észlelés és bemérés” • Levegőben • Mikrohullámú frekvencia (1-35 milliárd Hz)

• Repülők és hajók irányítása • Légvédelem

SONAR – SOund Navigation And Ranging = „Hang navigáció és bemérés” • Levegőben hangfrekvencián indult • Víz alatt és alacsonyabb frekvencián hatékonyabb • Ellenséges tengeralattjárók bemérése • A II. világháború alatt még aktív sonar • A japánok ellen az USA hőérzékelést is bevetett Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 1995 Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation


171

57

Lokátorrendszerek Doppler-effektus Ha a célpont mozgó tárgy, a visszaverődő jel frekvenciája kismértékben eltér a kibocsátott jelétől. Ezt az okozza, hogy a közeledő tárgyról visszaverődő rádióhullámok torlódnak, míg a távolról visszaverődők széthúzódnak. Kibocsátott hullámok

Visszavert (nagyobb frekvenciájú) hullámok

Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 1995 Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation

172

Lokátorrendszerek Visszhanglokátor (a levegőben) A hang alapján tájékozódó denevér rövid, éles cincogásokat hallatva (30-120kHz) és azok visszhangját elemezve szerez információt a környezetéről és zsákmányáról. A nagy patkósorrú denevér a kimenő és beérkező jelek frekvenciáit összevetve értékeli a saját és áldozata egymáshoz viszonyított mozgását.

A szuszókok jól hallható csettegése is a visszhangos helymeghatározást szolgálja. A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002

173

Ultrahangos lokátor

174


58

Lokátorrendszerek Visszhanglokátor (a víz alatt) A delfin magas frekvenciájú hangokat, időnként csettintéseket bocsát ki, és a kapott visszhang segítségével találja meg táplálékát.

Az óriás ámbráscet is érzékeli a tárgyakról visszaérkező hangot, és e visszhangok elemzése révén találja meg zsákmányát és kommunikál fajtársaival.

A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002 Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation

175

Lokátorrendszerek Hanglokátor (a levegőben) A gyöngybagoly pofáján szív alakú arcfátyla összegyűjti, majd tollazata alatt megbúvó füleihez továbbítja a hangokat. Egészen kis hanghatásokat is érzékelnek.


176

Lokátorrendszerek Hanglokátor (a vízben) A cápa füle alacsonyfrekvenciájú rezgésekre van hangolva, például olyanokra, amilyeneket a sebesült hal bocsát ki, és ezek a rezgések igen nagy távolságra is eljutnak. Így a cápa már több mint 2 km távolságból észleli leendő áldozatát.

A pörölycápa orrában lévő kocsonyával teli üregek elektromosságra érzékeny sejteket tartalmaznak, amelyek centiméterenként egy százmilliomod voltnyi feszültségváltozást is felfognak.



177

59

Lokátorrendszerek Elektromos tér érzékelése

28. TRIZ alapelv: Mechanika helyettesítése „Mechanikus rendszer kiváltása elektromos, mágneses vagy elektromágneses mező alkalmazásával” A pörölycápa és a kacsacsőrű emlős speciális elektromos szenzorokkal keresi táplálékát a homokban és iszapban


178

Hangszerek a természetben • A természetben fellelhető hangképző elvek műszaki

alkalmazásai többnyire magukban az ember által létrehozott hangszerszámokban ismerhetők fel. • A természetben megvalósuló hangképzés hatáselvei és hatáshordozói bizonyos esetekben alkalmazhatók tisztán műszaki feladatokra is

179

Alapfogalmak  A hang szilárd, cseppfolyós és légnemű anyagokban keltett, hullám formájában tovaterjedő mechanikai rezgés, a zenei skála egy egysége

 A zene a ritmus, a dallam és a harmónia által – tudatosan elrendezett hangok folyamata, ahol a hangok és a csend időbeli változásáról beszélhetünk

 A hangszer zenei hang képzésére alkalmas eszköz 180


60

Kommunikáció a természetben Szaghatások Pl: Területjelzés illatmirigyekkel vagy vizelettel, párzási hajlam jelzése, fajtársak és kölykök megkülönböztetése, stb. Magatartásformák Pl: behúzott farok, szoros szemkontaktus, méhek tánca, stb. Optikai ingerek Pl: szemfoltok, élénk színhatások, stb. Hangok Pl: madárdal, szarvasbőgés, farkasüvöltés, macska dorombolása, delfinek kattogása, infra és ultra hangok, stb.

181

Hangszerek rendszerezése  Dallam- és ritmushangszerek  Homofon és polifon hangszerek

 Kezelés módja szerint : • Fúvós • Ütős • Billentyűs • Vonós • Pengetős • Egyéb (rázó, kaparó, stb)

 Hangképzés módja szerint : • Levegő (aerofon), • Megfeszített húr (kordofon), • Kifeszített hártya (membranofon), • Rugalmas merev test (idiofon) • Elektronika (elektrofon)

182

Aerofon hangszerek

 Hangjukat elsődlegesen a levegőben magában végbemenő esemény hozza

létre. A hang egy meghatározott hosszúságú légoszlop rezgéséből képződik, amit a fúvónyílás éles széle gerjeszt.  Pl: fa- és rézfúvósok, sípok, szájharmonika, wurlitzer, kintorna, stb. síp

wurlitzer

tuba pánsíp

harsona

kintorna (verkli) kürt

trombita

szájharmónika


183

61

Aerofon a természetben

• A madaraknak nincsenek hangszálaik

Gégecső

Nyaki légzsák

• A gége a hangképző szerv • Az áramló levegő a redőkön rezgésbe jön • A hang magasságát és színét a hártyák

helyzete és feszültségállapota befolyásolja Az udvarló fülemüle hímek egyszerre négy különböző hang kiadására is képesek,

A pintyek énekében néhol 150 trillaváltás figyelhető meg másodpercenként

Karcsont

Tüdő

Hasüregbeli légzsák 184


185


186


62

Aerofon műszaki alkalmazás

• Gőzhajók, gőzmozdonyok jelző kürtjei • Kukta vagy teáskanna lefúvó sípjai • Vadriasztó

Beáramló levegő

Magas frekvenciájú hanghullámok

187

Kordofon hangszerek

Hangkeltő közege egy 1 dimenzióban feszített rezgő húr, amelynek hosszúságától, vastagságától és feszítettségének mértékétől függ a létrejövő rezgés frekvenciája, vagyis a hang magassága:

Megszólaltatásuk: pengetéssel (gitár, lant, hárfa), dörzsöléssel (hegedű, brácsa, gordonka, nagybőgő) vagy ütéssel (cimbalom vagy zongora)

188

Kordofon a természetben

Hangszál • A hím mezei tücsök a mellső szárnyain kiálló

erek egymáshoz dörzsölésével ciripel • Hangadás a különböző fajoknál:

· Tücsök és szöcske (két szárny) · Sáska (szárny és comb) · Kabóca (rugalmas kitinlemez és izmok) 189


63

Kordofon a természetben

190

Membranofon hangszerek

Egy kétdimenziósan kifeszített rugalmas hártya rezgetésével jön létre a hang Pl: dobok, köcsögduda, fésűre szorított selyempapír

+

191

Membranofon a természetben

• Dobhártya

192


64

Membranofon műszaki alkalmazás

• Dinamikus hangszóró Membrán

Lengő tekercs

Pille (rugó)

Állandó mágnes Mágneses mag Kosár

193

Idiofon hangszerek

Egy önfeszültséggel rendelkező rugalmas szilárd test jön rezgésbe Pl: cintányér, csengő, harang, gong, xilofon, doromb, kasztanyetta, csörgő, kereplő, hangvilla, stb.

194

Idiofon a természetben

Shekere 195


65


196


Mákgubó

Maracas 197


Kasztanyetta

198


66


Formaalkotó elemek






Korszerű anyagok



Szervező elvek

199

Bányaművelés

200

Precíziós öntés

201


67

Redundancia elve 11. TRIZ alapelv: Megelőző beavatkozás Pl.: „Relatív kis megbízhatóság kompenzálása”

Páros szervek Cápa fogsora 202

Logaritmikus spirális

203

Spirál Principle 14: Spherically- Curvature „Minimize dimensions with replacing linear to a curve”

proboscis of butterflies

snail shell

circular gliding in rising air flows to linear upward 204


68

Következtetések, célok •

Az ember tudatalattijában hordozza a természettel való ősi kapcsolatát

•

Természeti adaptációval a tervezés ideje csökkenthető

•

A természetből merített intuíciók terméktervezésben való alkalmazása a siker kulcsa lehet

•

Alkalmazhatósági kritériumok megfogalmazása szükséges

•

Az élővilágban való megoldáskeresés tudatosan folyamat

•

A természet hatáselveinek és hatáshordozóinak rendszerbe foglalása segíti a folyamatot

205

Köszönöm a figyelmet!

206


69

Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 1

Recommend Documents