Ingo Rechenberg

PowerPoint-Folien zur 2. Vorlesung „Bionik I“

Wundersame Technologien in der Natur

Geschichte der Bionik und die Leistung der Evolution

Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

Ergebnisse der Evolution

Wundersame Technologien in der Natur

Lassospinne in Cowboy-Manier

Wundersame Technologien in der Natur 1

Tiefsee-Anglerfisch mit Leuchtköder

Wundersame Technologien in der Natur 2

Wundersame Technologien in der Natur 3

Bombardierkäfer mit Flammenwenwerfer

Wundersame Technologien in der Natur 4

Ein Schützenfisch zielt auf seine Beute

Wundersame Technologien in der Natur 5

Fangreuse der Köcherfliegen Larve

Wundersame Technologien in der Natur 6

Fallgruben des Ameisenlöwen

Scarabeus sacer bei der Rollarbeit

Wundersame Technologien in der Natur 6

Wasserspinne in ihrer Taucherglocke

Wundersame Technologien in der Natur 8

Pistolenkrebs mit Wasser-Colt

Wundersame Technologien in der Natur 9

Jesus-Echse beim Überwasser-Sprint

Wundersame Technologien in der Natur 10

Aus der Geschichte der Bionik

Der erste Bioniker

Dädalus und Ikarus

Es ist schwer die Feder technisch zu kopieren !

Das Wunder

der Vogelfeder

Federast

Federstrahl

Bogenstrahl

Federast

Hakenstrahl

HakenfortsatzSchaft

Spule

Schaft

Fahne

Die Fledermaus:

Einfach zu kopierendes fliegendes Vorbild

Leonardo da Vinci

Leonardo da Vinci (1452-1519)

Entwürfe für eine Flugmaschine

(1497 - 1500)

Der Avion III von CLÉMENT ADER macht nur kleine Hüpfer

Kann nicht fliegen: Es fehlt das Höhenleitwerk zur Längs-Stabilisierung !

Vor der Prüfungskommission – 14. Oktober 1897

Clément Ader (1841-1925)

Auftriebswanderung am gewölbten Profil

führt zur Instabilität des singulären Flügels

S

S

S

Keine Auftriebswanderung am ebenen Profil

S

S

S

Ein ebenes Profil fliegt eigenstabil !

F. Ahlborn: Die Stabilität der Flugorgane (1897)

A. Dingler: Bewegung der pflanzlichen Flugorgane (1889)

Zwei „Bionik-Schriften“

Flugsamen von Macrozanonia macrocarpa

als Modell für ein Nurflügelflugzeug von Igo Etrich

Profil ebene Platte:

fliegt längsstabil !

Igo Etrich (1879-1967)

Zanonia-Gleiter von Igo Etrich 1906

Otto Lilienthals

systematische Studien

zum Vogelflug

Otto Lilienthal (1848-1896)

. . . Wider Erwarten zeigte sich aber auch dann noch kein Nachteil, wenn die Flügelverdickung abgerundet an der Vorderkante lag, wie bei Fig. 43. Es hatte sogar den Anschein, als ob diese Form besonders günstige Luftwiderstandsverhältnisse besitze, . . .

Aus Otto Lilienthal: „Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst“

Die Entdeckung der gerundeten Profilnase

Rekonstruktion des Derwitz-Apparats von Otto Lilienthal

Im Sommer 1891 erreicht Lilienthal mit seinem Flugzeug Nr. 3 in Derwitz (Potsdam) Flugweiten bis zu 25 m.

Das Höhenleitwerk - Das A und O der Fliegekunst

Otto Lilienthal 16. August 1894

Der Gleiter imitiert die Flügelaufspreizung eines Storches

1801 stellte der Physiker Thomas Young

die Hypothese auf, dass unser Auge alle

Farbempfindungen aus drei Grundfarben

zusammensetzt

Monitor

Thomas Young (1773-182))Young-Helmholtz Dreifarbentheorie

400 500 600 700

Nor

mie

rte E

mpf

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ichk

eit

Wellenlänge / nm

Auge

Farbfilm

3-Chip Kamera

Die Erfindung des Holzfaserpapiers durch Friedrich Gottlob Keller

1845 wurde das Frankenberger Kreisblatt auf „Wespenpapier“ gedruckt

Die aufmerksame Betrachtung der Natur war es, die dem Webermeister Gottfried Keller in Sachsen dazu führte, das geschliffene Holz zu erfinden. Wespen waren seine Lehrmeister, die ihn auf den Gedanken brachten, ähnlich wie diese zernagte Holzfasern zum Bau ihres Nestes verwandten, durch Schleifen von Holz gutes Papiermaterial zu erhalten.

Aus dem Buch „Reich der Erfindungen“ von 1901

Friedrich Gottlob Keller (1816-1895)

Große Klette (Arcticum lappa)

Patent für einen technischen Klettverschluss 1951

George de Mestral (1907-1990

Velcro ® („velours“ und „crochet“ )

Über weiche

und harte Bionik

Victoria amazonica

Der Gärtner und Hobbyarchitekt Sir Joseph Paxton nutzte seine bota-nischen Kenntnisse über das Bauprinzip der Victoria amazonica zum Entwurf des „Crystal Palace“ für die Weltausstellung 1851 in London.

Der Londoner Kristallpalast von 1851

und das Blatt der Victoria amazonica

Radiolarien

USA-Pavillon – Expo ’67

Archite

kturbio

nik

Buckminster Fuller

Weiche Bionik

Bionik als Kreativitätstechnik

Harte Bionik

Angewandte Evolutionsbiologie

Winning Team

A2-Modellflug-Weltmeisterschaft 1954

Beispiel für evolutionistische Bionik

Ingo Rechenberg

Oskar Czepa(Weltmeister 1951)

mit seinem A2-Flugmodell „Zahnstocher“

Regeln für die A2-Klasse:

Gewicht > 410 g

Fläche 32-34 dm2

Formel für die Sinkgeschwindigkeit eines Flugmodells:

3

22

a

w

cc

FGgvSink

ca = Aufriebsbeiwert

g = Erdbeschleunigung = Luftdichte

G = GewichtF = Flügelfläche

cw = Widerstandsbeiwert

Nicht zu beeinflussen

Durch Bestimmungen gegeben

Aerodynamische Güte

Flugmodell „Zahnstocher“ mit Vogelprofil - A2-Weltmeister 1951

!

Für Vogel und A2-Modell gilt die gleiche Strömungsphysik

Gleiche Reynoldszahl !

Harte Bionik:

2. Kapieren vor Kopieren

1. Evolutionsdenken

Die platte Naturkopie ist nicht das Ziel der Bionik !

Die bionische Lösung verlässt die Fabrik

Bioniker

2. Weltkrieg: Ewak, eine Insel im Pazifik. Ureingeborene sehen in Flugzeugen des dortigen US-Stützpunktes Göttervögel. Sie bauen Imitate aus Stroh und schlagen Landebahnen in den Urwald.

Auch unsere Kultur kopiert überlegene Techniken, nicht von Aliens, sondern von der Natur, auch dann, wenn es keinen Sinn macht und sie missverstanden wurden.

Fo

to:

Kla

us

Fie

dle

r

Rätselhaftes Insekt mit Pinselschwanz aus dem brasilianischen Urwald

Unverstanden und deshalb nicht technisch nachbaubar

LEONARDO DA VINCI

Das A und O der Bionik:

Kapieren vor Kopieren

Der auf den Arbeitstisch LEONARDOs „gebeamte“ PC ist ohne Wert

Raoul Heinrich Francé (1874 – 1943)

und sein bionischer Salzstreuer (Patent Nr. 723 730)

Evolutionsbiologische Aufgabe der Mohnkapsel:Den Samen möglichst weit zu streuen !

Die Biotechnik ist der Gipfel der Technik überhaupt

Fliegende Samen

Wie gut arbeitet die biologische Evolution ?

EvolutionEvolution einer Augenlinse einer Augenlinse

Fdk

qk

Verformbarer Glaskörper als Evolutionsobjekt

0 2 kk kk k ddq MinundMin

Evolutionsstrategische Optimierung eines

Freiträgers mit minimalem Gewicht

Evolutionsstrategische Optimierung einer

Fachwerkbrücke mit minimalem Gewicht

Dynamische Brückenoptimierung

Melancholie, Kupferstich von Albrecht Dürer aus dem Jahr 1514

Magisches Quadrat

Ende

www.bionik.tu-berlin.de