Bionika Učíme se od přírody

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Bionika Učíme se od přírody Lenka Lhotská lhotska@fel.cvut.cz 1

2 Co je bionika? biologie + technika interdisciplinární oblast výzkumu cíl řešit problémy v oblasti techniky podobným způsobem, jakým se to děje v přírodě 2

3 Tlapka kočky vs. pneumatika tlapka kočky při doskoku - roztáhne se při kontaktu s podložkou využití při konstrukci pláště pneumatiky při brzdění se podstatně rozšíři stopa pneumatiky důsledek - zkrácení brzdné dráhy, lepší adheze na mokré vozovce 3

4 Kytovci vs letadla a lodě výrůstky na tělech kytovců účel snížení tření ( cca o 10%) nadlehčování těla (cca o 5%) využití povrch letadel a lodí 4

5 Žraloci vs letadla povrch žraločí kůže - podélné drážkování účel snížení tření ( cca o 10-11%) využití povrch letadel důsledek úspora pohonných hmot 5

6 Ptáci vs letadla studium vztlaku při vzletu pera s různými funkcemi analogie u letadel klapky slotů, výstupky, zakřivení křídel 6

7 Termitiště vs klimatizace přirozená cirkulacevzduchu ochlazování v létě pomocí odpařované spodní vody 7

8 Čelisti mravkolva vs kombinované kleště příklad vývoje nezávislého na přírodě stejné funkční využití podobná analogie pilořitka a nebozez 8

9 Měkkýši vs 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 9

10 Rostliny - samočistící efekt listy lotosu zdrsnělý povrch - nesmáčivý důsledek neudrží se na něm ani voda ani špína 10

11 Lotos 11

12 Lotos 12

13 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 13

14 Bílkoviny Pružnost resilin, elastin uvolní kolem 90% energie Pavučina méně pružná (vrací cca 35% energie), ale pevná (3x větší zátěž než kevlar užívaný k výrobě neprůstřelných vest) Pavoučí vlákno o průměru zahradní hadice udrželo by na každém konci plně naložený letoun Boeing 747 Deriváty elastinu uměle vyrobené pohlcují vibrace zvuková izolace (např. ponorky) 14

15 Rostliny - inspirace pro stavební konstrukce Trávy ultralehká a přesto ve větru pevná stébla Stromy rozdvojení kmene nasazení větví ke kmeni 15

16 Kostry zvířat inspirace pro stavební konstrukce Lebka slona sendvičová konstrukce Lastura loděnky Schodiště Sagrada Familia Barcelona 16

17 Lidské svaly vs pneumatické svaly inspirace konstrukcí i funkcí vícekomponentové kapalinotěsnápružnáhadice pevná vlákna kosočtvercového tvaru - trojrozměrná křížová struktura 17

18 18

19 Náhradní díly pro člověka srdce - kardiostimulátor, ventrikulární asistent ledviny - umělá ledvina umělá pokožka paže - protéza sluch - kochleární neuroprotéza zrak - zrakový implantát hmat - tlakové senzory klouby - kloubní náhrady 19

20 Srdce ventrikulární asistent kardiostimulátor 20

21 Ledviny v současnosti - umělá ledvina - velké složité zařízení NASA - výzkum a vývoj osobní umělé přenosné ledviny 21

22 Pokožka lidská pokožka - schopnost regenerace umělá pokožka - dočasná náhrada 2 typy kombinace silikónové fólie a vrstvy pocházející z hovězího masa a žraločích chrupavek nylon 22

23 Paže protéza paže a prsty z plastické hmoty uvnitř elektřinou poháněný mechanismus citlivé elektrody napojené na funkční nervy v pahýlu končetiny prsty citlivé, ale i silné - nerozbijí vejce, ale rozdrtí ořech 23

24 Sluch kochleární neuroprotéza přijímač -převod zvuku na elektrický signál v čipu upraven veden do vnitřního ucha elektrody napojené na nervové buňky 24

25 Zrak implantát umístěný na sítnici kamera v brýlích - změna obrazu v laserové signály vstup do oka - na implantát - převod signálu v elektrické impulsy - do očního nervu (tato část je zatím nedořešena) 25

26 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 26

27 Klouby umělé klouby největší problém - tření kluzný systém kov - polyetylen kovové součásti - ocelové slitiny, titan kloubní hlavice - kov, keramika, zirkonium 27

28 Klouby 28

29 Budoucnost otevřené oči, fantazie, tvůrčí přístup aplikace robotika medicína další náhradní díly využití mikrorobotů využití nanotechnologií stavební konstrukce konstrukce různých zařízení konstrukce dopravních prostředků 29