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Ingo Rechenberg

Ingo Rechenberg. PowerPoint-Folien zur 8. Vorlesung „Bionik I“. Berg- und Talbahnen in der Natur Bolzenflug, Schwimmspringen und Karussellsegeln. Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet. Bolzenflug einer Meise. Kräfte an einem Modell-Vogel.

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Presentation Transcript

  1. Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 8. Vorlesung „Bionik I“ Berg- und Talbahnen in der Natur Bolzenflug, Schwimmspringen und Karussellsegeln Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

  2. Bolzenflug einer Meise

  3. Kräfte an einem Modell-Vogel = Flügel-Auftriebsbeiwert = Profil-Widerstandsbeiwert mit = Rumpf-Widerstandsbeiwert

  4. für mittleren Horizontalflug Zeitliches Mittel Steigphase Sturzphase Mittel

  5. Minimum Liefert die unsinnige Lösung: Das in der Luft still stehende Flugzeug (wegen der unendlich großen Fläche möglich) hat den geringsten Widerstand. Betrachtung der „halben“ Aufgabe: v sei vorgegeben.

  6. p L c wP c für bestes Gleiten opt a Minimum Nicht frei! Abhebegeschwindigkeit eines Vogels 5,8 0,05 für

  7. Zur Evolution der Mobilität in der Natur Es beginnt mit der passiven Mobilität: Pflanzen schicken ihre Samen durch abenteuerliche Konstrukte auf die Reise. ErsterVorteil: Am fer-neren Standort ist der Boden fruchtbarer. Zweiter Vorteil: Das Erbgut wird weitläufiger durchmischt. "Wenn der Prophet nicht zum Berge kommt, dann muss der Berg eben zum Propheten kommen„ - Das ist der Ausgangspunkt für die Entwick-lung der aktiven Mobilität. Tiere müssen unter Energieaufwand Nah-rung suchen. Die „gebratenen Tauben fliegen ihnen nicht in den Mund“.

  8. Benzin-Hamstern auf der Zapfstraße Ein Modell für den Zweck der Mobilität von Lebewesen Ein Autofahrer fährt eine wundersame Straße entlang. Alle 10km kann er kostenlos 1ℓ Benzin tanken. Bei welcher Geschwindigkeit hamstert er das meiste Benzin pro Stunde ? Benzinverbrauch bei 50km/h: 2ℓ/100km Benzinverbrauch bei 100km/h: 5ℓ/100km Benzinverbrauch bei 200km/h: 10ℓ/100km

  9. Benzinverbrauch bei 50km/h: 2ℓ/100km Benzinverbrauch bei 100km/h: 5ℓ/100km Benzinverbrauch bei 200km/h: 10ℓ/100km Gewinn[ℓ/h] =(Tanken[ℓ/km] – Verbrauch[ℓ/km]) Geschwindigkeit[km/h] G = (0,1–0,02)·50 = 4ℓ/h G = (0,1–0,05)·100 = 5ℓ/h G = (0,1–0,10)·200 =0ℓ/h Analoge biologische Gewinnfunktion Gewinn[kJ/h]=(Nahrung[kJ/km]–Flugarbeit[kJ/km])Geschwindigkeit[km/h] Q-Minimierung siehe Kapitel 6 der Bionik I Vorlesung

  10. Der Delfinstil Schwimmspringen in der Natur

  11. Spiel oder Energieminimierung ?

  12. Steinwurf Über- und Unterwasserbahn eines Delfins

  13. Annahme Kreisbahn ! Der Delfin muss in der Unterwasserphase den Eintauchwinkel a in den „Spiegelwert“ (-a) umdrehen. Annahme: Mit

  14. Weggewinn des Schwimm-Sprung-Stils der Delfine l = Luftweg w = Wasserweg

  15. Delfine im Delfinstil

  16. Foto: Ingo Rechenberg Pinguin im Delfinstil

  17. Der Flug des Albatros

  18. Foto: Ingo Rechenberg Albatros bei der unteren Kehrtwende

  19. Scherprofil des Windes Albatros im dynamischen Segelflug

  20. v Zum Flug des Albatros v v+w v+2w v+w Das Eisschollen-Bob-Modell v+2w

  21. Jo-Jo-Spiel Kugelschleudern Zwei Denkmodelle zum dynamischen Segelflug

  22. Unimodale Optimierung in der Natur

  23. unimodal multimodal

  24. Beutelmaus Die parallele Maus in der Evolution

  25. In Beutelbär Beutelhund Beutelratte Australien Beutelmaulwurf Beuteligel Unimodale Evolution (Optimierung)

  26. Das bessere Auge des Octopus Wirbeltier: Nerven vor der Netzhaut (Fehlkonstruktion) Octopus: Nerven hinter der Netzhaut

  27. Beutelmensch

  28. Ende

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