Januar 16

Biologische Bewegungen entschlüsselt – eine der größten Herausforderungen in der Bionik

Die Bionik ist eine sehr junge Wissenschaft und befasst sich mit dem mechanistischen Verständnis von „Erfindungen der Natur“ mit dem Ziel, diese als Lösung und Vorbild für technische Probleme zu verwenden. Während einige Beispiele aufgrund der Popularität der Bionik in der Gesellschaft gut bekannt sind, z.B. der Lotus Effekt (R), Funktionstextilien u.v.m., ist die besondere Schwierigkeit von bionischer Robotik allgemein weniger bekannt. Dies liegt vielleicht daran, dass Robotik als gut verstanden geglaubt wird und der um ein vielfaches höhere Komplexität von biologischen Bewegungen nicht offensichtlich ist. Sensorik für die Feststellung der Lage, neuronale Programmierung für den Ablauf von Bewegungen, Robustheit gegenüber Störungen von aussen und der hohe Grad an Lernfähigkeit zeichnet die Bewegung vieler biologischer Arten aus. Im Rahmen des Bionic Learning Network, ins Leben gerufen von der Firma FESTO, wurden Roboter mit verblüffend genauer Ähnlichkeit zu lebenden Vorbildern entwickelt. Einige Beispiele werden unten präsentiert.
Die Evolution hat sich mit der Entwicklung vieler Bewegungsweisen lang Zeit gelassen. Durch grosse Populationen lief auf großen Flächen (mitunter global) ein riesiges Parallelexperiment mit verschiedenen Optimierungsdrücken (biol. Selektionsdruck), Trial-and-Error und Selektion ab. All dies in einem Umfang, welcher derzeit von einem physisch existierendem Forschungslabor nur schwer erreicht wird. Es ist also kein Wunder, dass biologische „Erfindungen“, nachdem sie durch die Forschung verstanden wurden, oft als „smart“, „intelligent“ oder „genial“ bezeichnet werden. Es wäre doch nur zu nahe liegend diese Erfindungen einfach zu kopieren. Jedoch sind die Optimierungsdrücke der Technik oft grundverschieden von denen der Biologie. Aktuatoren und Motoren unterscheiden sich von Muskeln. Aus wirtschaftlichen Gründen verwendet man in der Technik wenige Motoren im Vergleich zu oft redundant vielen Muskeln bei Tieren. Oftmals sollen die ideegebenden Strukturen auch noch in anderer Größe und für andere Umgebungen geschaffen werden. All dies fordert die Wissenschaft heraus, die Mechanismen gut zu entschlüsseln und die Ingenieure diese gut für die technische Fragestellung zu adaptieren. Aus diesem Grund werde ich in einem zukünftigen Artikel eigens auf die Grundprinzipien der Bionik eingehen und dort zeigen, unter welchen Bedingungen die Evolution für die Technik gute Vorarbeit geleistet hat.
An der Universität Innsbruck gibt es jeweils im Wintersemester ein Modul zum Thema: Biokybernetik & Bionik. Ebenfalls ist derzeit eine Masterarbeit im Studium Zoologie zum Thema Robotik ausgeschrieben.
Einige Beispiele bionisch inspirierter Roboter:

Vom Elefantenrüssel inspiriert – der Bionische Handling-Assistent


Der Bionische Handling-Assistent ist ein flexibles Assistenzsystem nach dem Vorbild eines Elefantenrüssels. Die Nachgiebigkeit des Assistenzsystems macht einen sicheren und direkten Kontakt zwischen Mensch und Maschine möglich und ist Wegweiser für neue Interaktionsformen von Menschen mit der Technik. Durch seine elf Freiheitsgrade ist der Bionischen Handling-Assistent frei im Raum in alle Richtungen bewegbar.

Aerodynamischer Leichtbau – der SmartBird

Der SmartBird ist ein ultraleichtes, leistungsstarkes Flugmodell mit einer hervorragenden Aerodynamik. Mit dem SmartBird gelang Festo die Entschlüsselung des Vogelflugs sowie eine energieeffiziente, technische Adaption des natürlichen Vorbilds. Der bionische Technologieträger kann eigenständig starten, fliegen und landen. Das erworbene Wissen im Bereich Aerodynamik und Strömungsverhalten ermöglicht neue Ansätze und Lösungswege für die Automation.

Inspiration Libellenflug – der BionicOpter

Beim BionicOpter handelt es sich um ein ultraleichtes Flugobjekt. Genau wie das natürliche Vorbild kann der BionicOpter in alle Raumrichtungen fliegen und dabei komplizierteste Manöver ausführen. Ermöglicht wird das einzigartige Flugverhalten durch Leichtbau und Funktionsintegration: Bauteile wie Sensorik, Aktorik und Mechanik sowie Steuerungs- und Regelungstechnik sind auf engstem Raum verbaut und exakt aufeinander abgestimmt.

Mit peristaltisch erzeugtem Vortrieb durch die Luft – AirJelly

AirJelly ist eine funkferngesteuerte fliegende Qualle mit einem zentralen elektrischen Antrieb und einer intelligenten, adaptiven Mechanik. Sie besteht aus einem mit Helium gefüllten Ballon und enthält als einzige Energiequelle zwei Lithium-Ionen-Polymer-Akkus. AirJelly ist das erste Indoor-Flugobjekt mit peristaltischem Antrieb; somit kann es in jede Raumrichtung schwimmen.

 

Weitere Information zum Bionic Learning Network: https://www.festo.com/group/de/cms/10156.htm

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VeröffentlichtJanuar 16, 2016 von tschwerte in Kategorie "Bionik", "Innovative Produkte", "Robotik

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