Bionika České vysoké učení technické v Praze

Co je bionika? Relativně mladá vědní disciplína 1919 Francé, R.H.: Technické výkony rostlin 1920 - 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

BIO logie BIONIKA Tech NIKA

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

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

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

Příroda jako vzor Makovice x slánka

Příroda jako vzor Londýnský křišťálový palác x listy viktorie královské

Příroda jako vzor Olympijský stadion v Mnichově x listy lípy

Příroda jako vzor Televizní věž ve Stuttgartu x stébla trávy

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

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

Příroda jako vzor Zpívající robot (firma SONY) 58 cm vysoký rozeznává tváře, hlasy a jména vede jednoduchou konverzaci (ovládá cca 20 000 slov) dokáže zpívat (cca 10 písní) a tančit pokročilá inteligence DOMÁCÍ MAZLÍČEK???

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

Analogie Nebozez x pilořitka

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

Létání a plavání Studium vztlaku při vzletu

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

Létání a plavání Kolibřík x vrtulník

Létání a plavání pampeliška x padák

Létání a plavání

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

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

Chození a uchopování

Chození a uchopování Robotický systém da VINCI

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

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)

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

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)

Rozeznávání - zrak

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

Úspora místa

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

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

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)

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

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

Využití energetických zdrojů

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

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

Optimalizace ventrikulární asistent kardiostimulátor

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

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

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

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)

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

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

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

Optimalizace

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