Bionika České vysoké učení technické v Praze

Transkript

1 Bionika České vysoké učení technické v Praze

2 Co je bionika? Relativně mladá vědní disciplína 1919 Francé, R.H.: Technické výkony rostlin Francé, R.H.: Rostlina jako vynálezce 1925 Lilienthal, G.: Biotechnika létání 1940 Niklitschek, A.: Technika živého Vznikl na přelomu 50. a 60. let na základě prudkého vývoje technických věd po druhé světové válce

3 BIO logie BIONIKA Tech NIKA

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

5 Dělení bioniky Obecná Studuje biologické jevy Systematická Třídí a upravuje pro specifické aplikované obory Specificky použitá (aplikovaná) Vytvoření modelu a prototypu výrobku

6 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

7 Příroda jako vzor Makovice x slánka

8 Příroda jako vzor Londýnský křišťálový palác x listy viktorie královské

9 Příroda jako vzor Olympijský stadion v Mnichově x listy lípy

10 Příroda jako vzor Televizní věž ve Stuttgartu x stébla trávy

11 Příroda jako vzor Restaurace hotelu San Juan v Portoriku x mořská mušle

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

13 Příroda jako vzor Zpívající robot (firma SONY) 58 cm vysoký rozeznává tváře, hlasy a jména vede jednoduchou konverzaci (ovládá cca slov) dokáže zpívat (cca 10 písní) a tančit pokročilá inteligence DOMÁCÍ MAZLÍČEK???

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

15 Analogie Nebozez x pilořitka

16 Analogie lidské svaly x pneumatické inspirace konstrukcí i funkcí pevná vlákna kosočtvercového tvaru trojrozměrná křížová konstrukce vícekomponentové kapalinotěsná pružná hadice

17 Létání a plavání Studium vztlaku při vzletu

18 Létání a plavání Pera s různými funkcemi (analogie u letadel) Klapky slotů, výstupky, zakřivení křídel

19 Létání a plavání Kolibřík x vrtulník

20 Létání a plavání pampeliška x padák

21 Létání a plavání

22 Létání a plavání kytovci x letadla a lodě výrůstky na tělech kytovců snižují tření (cca o 10%) nadlehčují tělo (cca o 5%) povrch letadel a lodí

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

24 Chození a uchopování

25 Chození a uchopování

26 Chození a uchopování

27 Chození a uchopování

28 Chození a uchopování

29 Chození a uchopování

30 Chození a uchopování Robotický systém da VINCI

31 Chození a uchopování Robotický systém da VINCI

32 Chození a uchopování Robotický systém da VINCI

33 Chození a uchopování 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

34 Chození a uchopování

35 Chození a uchopování

36 Chození a uchopování

37 Chození a uchopování 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)

38 Chození a uchopování

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

40 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)

41 Rozeznávání - zrak

42 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

43 Úspora místa

44 Úspora místa

45 Konstruování rostliny inspirace pro stavební konstrukce trávy: ultralehká a přesto ve větru pevná stébla stromy: rozdvojení kmene nasazení větví ke kmeni

46 Konstruování kostry zvířat inspirace pro stavební konstrukce Lebka slona sendvičová konstrukce Lastura loděnky

47 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)

48 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

49 Využití energetických zdrojů termitiště x klimatizace: přirozená cirkulace vzduchu ochlazování v létě pomocí odpařované spodní vody e

50 Využití energetických zdrojů

51 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

52 Optimalizace Náhradní díly pro člověka: paže hole, protéza sluch sluchadlo, kochleární neuroprotéza zrak brýle, čočky, zrakový implantát hmat tlakové senzory klouby kloubní náhrady

53 Optimalizace ventrikulární asistent kardiostimulátor

54 Optimalizace Ledviny: v současnosti umělá ledvina velké a složité zařízení NASA výzkum a vývoj osobní umělé přenosné ledviny

55 Optimalizace lidská pokožka schopnost regenerace umělá pokožka dočasná náhrada 2 typy kombinace silikonové fólie a vrstvy pocházející z hovězího masa a žraločích chrupavek nylon

56 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

57 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)

58 Optimalizace Oxfordská umělá ruka II. Southampton Artificial Hand řízena EMG signálem z předloktí

59 Optimalizace Projekt Cyborg 2 vychází ze Southamptnské ruky Kevin Warwick voperovaný čip

60 Optimalizace umělé klouby největší problém tření kluzný systém kov polyetylen kovové součásti ocelové slitiny, titan kloubní hlavice kov, keramika, zirkonium

61 Optimalizace

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