C 243 H 110. Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 1. Vorlesung Bionik I Einführungsvorlesung Eine...

C 243 H 110

Vorlesung B ionik I

E volutionsstrategie: Optim ierungsmethode der Natur

Tric ks der Widerstandsverminderung in der Natur

Flossen-Propuls ion und G leittec hnik fliegender Fisc he

Vom Vogelflügel zur K onzentrator-Windturbine Berw ian

E nergetobionik m it A lgen und B akterien

Der Sandfisc h: Vorbild für m inimale Festkörperreibung

G läserne B ienen, Mikro-A ir-Vehikel und Sc hw armintelligenz

Ingo Rec henberg

Ingo Rechenberg

PowerPoint-Folien zur 1. Vorlesung „Bionik I“

Einführungsvorlesung

„Eine bionische Welt im Jahr 2099“

Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

Was ist Bionik

1

Schleimklumpen in der Ursuppe der

Erde

2

Im Urozean entwickeln sich die

Fische

3

Vorsichtig erobert das Leben das

Land

4

Unsere Vorfahren erklettern die

Bäume

5

Die Krönung der Evolution ist

beeindruckt und denkt über die

Nutzung weiterer Evolutionsergebnisse

nach

Bionik: Studium von Ergebnissen der biologischen Evolution

aus der Sicht des Ingenieurs !

Sternstunden der Bionik 1

3. Multiwinglets

9. Sandfisch-Effekt

2. Rot-grün-blau-Farbcode

6. Neuronale Netze5. Lotus-Effekt

1. Flugzeug

4. Ablösebremse

10. Bionik-Pumpe8. Evolutionsstrategie

7. Gecko-Tape

Sternstunden der Bionik 2

11. Delfin-Modem

14. Lobster-Teleskop

18. Micro-Air-Vehicle19. Riblet-Oberfläche

15. Nebelkollektor-Käfer

16. Hai-Antifouling

17. Berwian

12. Mottenaugen-Effekt 13. Künstlicher

Spinnenfaden

20. Wirbeldämpfungdurch Fischschleim

Bionik 2099

Der Blick in die Zukunft ?

Flugmaschinen schwerer als Luft sind nicht möglich

L. K. (1895)Lord Kelvin

Prognosen

ZukunftswünscheZukunftsängste

Bionische Fertigung im Jahr 2099

Bionik pur: Die gereiften Automobile werden eingefahren

2099

Das neue Zeitalter

der Fertigung2008

Spanende Fertigung

2099

Wachsende Fertigung

Bionik-Bad

Späne

Samenzahnrad

Vermehrungsbad

Massenfertigung 2099

Maßstabsänderung durch skaliertes Wachstum

Skalierer

Von „Makro“

zu „Nano“

Zwei neue Wissenschaften in der Mittedes 21. Jahrhunderts

Replionik

Auxonik

Wissenschaft selbst replizierender Strukturen

Wissenschaft wachsender Strukturen

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Nahrungsmoleküle

Startmolekül

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Dissoziation

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

Sich selbst reproduzierende Moleküle im Vermehrungsbad

MorphJet 7

MorphJet 7

MorphJet 7

Morphofluid nachfüllen

Morphokeim einsetzen

Produkt im GNN anwählen

Phänodukt entnehmenAus der Betriebsanleitung

für den MorphoJet 7 (2099)

GNN

M o rp h J e t7

www

2099: 3D-Drucker

Streichen ErntenFormieren

Vo lta

Elektrode Elektrode

2099: Die Solarfarbe BRESOPAN

® (self breeding solar paint)

Materialien und Funktionswerkstoffe

Selbstausrichtung der Knochenbälkchen

2099: Werkstoff Ossit®

Ossit

®-Brücke am Eröffnungstag 2099

20 Tage später

05t,55t,2 t0

40 Tage später60 Tage später

Selbststrukturierung einer Ossit ®-Brücke

unter zunehmender Belastung

NovoOssitWeiterentwicklung von Ossit® zum:

Selbstheilung

NovoOssit

Straße

2099

Durch Selbstheilung wird eine Haltbarkeit von 50 Jahren garantiert

Straßenschäden wachsen zu

Annelidin

®

Ingerferm

®

Drei weitere bionische Werkstoffe Ende des 21. Jahrhunderts

Wassermörtel nach dem Vorbild der Wattwürmer (Phylum annelida)

Wasserverfestiger nach dem Vorbild der Schleimaale (Inger)

Resilinex

®

Fast perfekter Gummi nach dem Vorbild des Rückschnellproteins (Resilin) in den Flügelgelenken der Heuschrecke

Ohne den biologischen Gummi Resilin könnte der Floh nicht mit 200 g beim Absprung beschleunigen

1020

3040 50

100

60cm

cm

Wirkungsgrad 99%

Resilinex ®-Superball des Jahres 2099

Mobilität Ende des 21. Jahrhunderts

Verkehrsflugzeug im Jahr 2099

80% weniger Treibstoff als 2008 durch:

Multiwinglets (Vorbild Vogel)

Mikro-Längsrillen (Vorbild Haifisch)

Integralantrieb (Vorbild Schwingenflug)

Nachgiebige Oberfläche (Vorbild Delfin)

Verkehrs U-Boot im Jahr 2099

90% weniger Treibstoff als 2008 durch:

Elastisch dämpfende Haut (Vorbild Delfin)

Mikro-Längsrillen (Vorbild Haifisch)

Mikro-Blasenschleier (Vorbild Pinguin)

Integralantrieb (Vorbild Qualle)

Das Propeller-Sieb-Modell

Sieb

Propeller (erzeugt Schub))

(erzeugt Widerstand)

Propeller Strahl

Sieb Nachlauf

Verlu

sten

ergie

Keine

beweg

te L

uftZwei Propeller-Sieb-Vehikel durchfliegen einen Raum

Integrale Antriebe in der Natur

Fisch

Vogel

Paramecium

Qualle

Manta

Aal

Schaumschläger

Ein unmöglicher Antrieb

2000 auf dem Fährschiff bei Gibraltar nach Afrika

Bionik der Abfallbeseitigung

2099: Entwicklung der Protein-Mimese

2008

PROMIM®

?2008

AugenlinseSpinnenfaden

Nervenzelle

LEGO

Biologische LEGO-Moleküle Aminosäuren ( 20 Elemente )

Protein Moleküle

PROMIM Moleküle

Bionik LEGO-Moleküle

24 Elemente

Alles auf einen Haufen

Abbau von PROMIM- Produkten

Beschleuniger

Computation und das Globale Neurale Netz

Das „world wide web“ (www) 2008

Von Neumann Maschinen

Das „Global Neural Net“ (GNN) 2099

Neuronen-Computer

An künstliche Sinnesorgane angekoppeltes Paralleles Neuronales Netz (PNN)

„Das Zweitgehirn in der Hosentasche 2099“

Kochloiden, Robokrebse und Robobienen

Künstliche Marienkäfer

Vorbild für eine „bionische Putzschabe“

Kochloid beim Fensterputzen 2099

2099: Stopfkrebse dichten einen Deich mit Annelidin® und Igerferm

®

Annelidin

®

Ingerferm

®

Wassermörtel nach dem Vorbild der Wattwürmer (Phylum annelida)

Wasserverfestiger nach dem Vorbild der Schleimaale (Inger)

Zur Erinnerung !

… An diesen Bienen fiel zunächst die Größe auf.

… Sie hatten etwa den Umfang einer Walnuss, die noch in der grünen Schale steckt.

… Zapparoni, dieser Teufelskerl, hatte wieder einmal der Natur ins Handwerk gepfuscht… Wahrscheinlich saß er dort behaglich bei seinen Büchern und verfolgte zuweilen auf dem Bildschirm, was ihm die „Glasbiene“ sendete.

Roman (1957)

Rekonstruktion von Jüngers Glasbiene

Biene und

Micro Air Vehicle (MAV)

25mm

Das MFI-Projekt - Mikromechanisches Flug-Insekt

Universität Berkely

Schwarm-Ingenieurwesen (Hesmonik)

Werbung für ein Schwarm-Libelloid 2099

Libelloid

Modell‘9

9

Schwarm künstlicher Libellen auf

dem Patrouillenflug im Jahr 2099

Künstliche Libellen inspizieren 2099 einen Abwasserkanal

Lawinenopfer unter den Schneemassen

Elektrischer Sinn des Hais

Beutetiere unter dem Meeresboden

Libelloide formen eine Antenne zur Detektion von Lawinenverschütteten

Nano-Biosensoren und „der sechste Sinn“

Einmolekülmessgerät

Seidenspinnermännchen

Molekülkescher

!

Die Kunst ein Molekül zu fangen und zu identifizieren

Einmoleküldetektion durch eine Katalysatorkaskade

Rezeptor

Signalmolekül100

10 000

Katalysator

Katalysator

Katalysator

1

Kartoffelfeld

Libelloid mit Einmoleküldetektor

eliminiert einen Kartoffelkäfer

Grünblattduft

Bionik im Bauwesen

Robotermiten errichten die

Pfeiler einer Autobahnbrücke

Termitenbau

2099: Statt von oben nach unten (top down) von unten nach oben (bottom up)

2099

Radiforen begründen

die Fundamente

von Hochhäusern

Tamariske: Wurzeltiefenrekord 65 m

radix = Wurzel

forare = bohrenLatein:

Radioforen in Aktion

Bionische Ingenieurausbildung

Biologisch-technische Grundvorlesung für Ingenieure 2099

Selbstreproduzierende Raumfahrt-Vehikel

Von-Neumann-Sonden streunen im All

Terraleben breitet sich aus

Venus Ballon versprüht ABOs (Artifizielle Ballon Organismen)

Terraforming der Venus im Jahr 2099

Venus Atmosphäre

96.5% C

3.5% N2

O2

Sport und Spiel in der Bionik Ära

Känguru Hüpfen 2099 mit

Resilinex

®-Sieben-Meilen-Stiefeln

Nacheifern von Tierleistungen

Taucher 2099

mit Axolotl-Kiemen

Axolotl

Nacheifern von Tierleistungen

Lummobil-Wettkampf im Jahr 2099

Lumme Nacheifern von Tierleistungen

Ende

www.bionik.tu-berlin.de