Инновационные идеи в современном мире

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инновационные идеи в современном мире

Биомника (от др.-греч. вЯпн - живущее) - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика - это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике.

В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика (от др.-греч. вЯпт - жизнь, и мЯмзуйт - подражание) в значении - подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная «липучка», прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженераЖоржа де Местраля.

История развития

Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер.

Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п.

Моделирование живых организмов

Создание модели в бионике - это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей.

И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа - бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки.

Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них - изыскание лучшей экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи и т. п.

Бионический манипулятор - эластичность и свобода передвижения

Festo (рус. Фесто) - производитель промышленного оборудования и систем автоматизации, расположенный в Эсслинген-на-Неккаре, Германия[2]. Основными сферами деятельности компании являются пневмоавтоматика и автоматизация.

Продукция варьируется от простых наборов и ассемблеров до решений с полной автоматизацией, включающих оборудование как самой Festo, так и сторонних производителей. Типичная задача компании - разработка специального производственного оборудования.

Маневренность и точность захвата: с первого взгляда бионический манипулятор кажется податливым манипулятором-захватом, конструкция и общий принцип работы которого напоминают хобот слона. Однако помимо выгоды от своего собственно практического применения, данная система служит также платформой для разработок, в которой сочетаются самые разнообразные технологии и компоненты.

Свободно двигающаяся манипуляционная система

Бионический манипулятор состоит из трех основных элементов для перемещения в пространстве, а также одной оси с ручным управлением и одного захвата с адаптивными пальцами. В общей сложности одиннадцать степеней свободы открывают множество специфических путей перемещения, которые в противоположность стандартным манипуляционным системам не являются линейными.

Три основных элемента образовываются из трех исполнительных механизмов, которые снабжаются сжатым воздухом через интерфейсы основных элементов. Возврат осуществляется с помощью петлевидной конструкции исполнительных механизмов, которая после спуска сжатого воздуха действует наподобие натяжной пружины.

Безопасное взаимодействие человека и техники

За счет применения полиамида гофрированная структура системы изначально является гибкой; жесткость ей придается целенаправленно путем пневматического регулирования. Эластичная, податливая структура при прямом контакте между машиной и человеком - намеренном или случайном - не представляет опасности. В случае столкновения с человеком система сразу уступает ему путь, не изменяя требуемое от нее общее динамическое поведение.

За эластичность и обеспечение безопасного контакта между человеком и машиной бионический манипулятор был удостоен премии Deutscher Zukunftspreis.

Платформа разработки новых технологий

Бионический манипулятор представляет собой сочетание многих межотраслевых технологий. Основой данного проекта стала разработка пневматических легковесных конструкций, которые изготавливаются с экономией ресурсов при помощи новых, генеративных технологий.

Мехатронная система по бионическому образцу

Процесс мехатронной разработки основывается на многотехнологической платформе для одновременной разработки механических, электронных и программных элементов для машин и решений в сфере манипуляции. В сфере биомехатроники Festo испытывает новые подходы к управлению и регулированию бионических систем.

Новые подходы к автоматизации

Наряду с оптимизацией самой системы постоянное усовершенствование бионического манипулятора открывает новые пути к созданию решений и новые способы мышления для промышленности, благодаря чему компания Festo становится генератором импульсов для инноваций клиентов в самых различных сферах.

Терминал CPX и система управления роботами CMXR: интеллект в пакете решений

«Мозг» системы - это интегрированная платформа автоматизации CPX.

Электрический терминал оснащен самыми разными функциями, от электрического и пневматического перемещения до измерения и регулирования.

Система управления роботами CMXR также может интеллектуально управлять движением, обеспечивая быстрое и точное регулирование позиции.

Пропорциональный распределитель VPWP: эффективное использование сжатого воздуха

Для регулирования давления камер в трехсекционном манипуляторе-захвате Festo использует клапаны пропорционального регулирования VPWP, обеспечивая рациональное использование сжатого воздуха и тем самым существенную экономию расходов, а также оптимизированное пространство монтажа по сравнению с другими клапанами.

Датчики SMAT: точное измерение расстояния и пути

Одиннадцать степеней свободы системы открывают множество специфических путей перемещения. При этом компактные датчики SMAT производства Festo обеспечивают обнаружение отрезков перемещения и точное выравнивание.

Захват DHDG: от концепции будущего (Future Concept) в серийное производство.

Эластичность и гибкость адаптивного захвата DHDG разработаны на сонове движения хвостового плавника рыбы. Они обеспечивают безопасный и неразрушающий захват хрупких и неправильной формы объектов. Данный захват - это первое изделие, совершившее скачок от концепции будущего (Future Concept) в серийное производство. (Подробнее описывается ниже.)

Бережный роботизированный захват Festo - FinGripper

Для многих технологий и образцов техники моделью служит сама природа. Так вышло и с роботизированными захватами Festo AG (Германии, Эсслинген). На создание одного из захватов специалистов компании вдохновили плавники рыб, других - хобот слона.

Сверхбережный роботизированный захват Festo FinGripper сделан из слоев полиамида толщиной 0,1 мм, создающих трехмерный компонент. Образцом при его создании послужил плавник рыбы. FinGripper способен захватывать фрукты неправильной формы или хрупкие шоколадные яйца, не повреждая их легкой обертки из тонкой фольги.

Захват Festo FinGripper состоит из пневматического привода в виде гармошки и трех пальцев, сделанных по аналогии с формой хвостового рыбьего плавника. В устройстве используются две гибкие пластинки, которые соединяются, образуя треугольник. Когда возникает боковое давление, захват приноравливается к форме предмета, как человеческая рука, только быстрее.

Вес захвата на 90% меньше по сравнению с традиционными металлическими захватами. Пропорциональный пневматический клапан обеспечивает правильное давление и позволяет добиваться его большого диапазона. Давление цилиндра может быть адаптировано к процессу производства или сортировки за счет пропорциональных клапанов.

Заключение

бионика технология наука прикладной

Мы кратко рассмотрели понятие бионики (биомиметики), краткую историю бионики и современные возможности применения биоформ не только в теории, но и на практике.

Таким образом инновационные идеи человека в современном мире тесно связаны с живой природой и ее структурой. Иногда достаточно просто увидеть то, чего другой не смог разглядеть, примерами тому стали несколько устройств компании Festo, описанные выше.

Бионические формы проникли в нашу повседневную жизнь и еще долгое время будут играть в ней значительную роль. Изучение природы человечеством ещё далеко не закончено, но мы уже получили у природы бесценные знания о рациональном строении и формообразовании, что, безусловно, доказывает актуальность и перспективность изучения дисциплины во всех её аспектах.

Список литературы

1. Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред.

Н.А. Бернштейна, М., 1963.

2. www.ru. wikipedia.org

3. www.artodocs.ru

4. www.tepldom.com

5. antrakt. ng.ru

6. www.gigart.ru

7. Игнатьев М.Б. "Артоника" Статья в словаре-справочнике "Системный анализ и принятие решений" изд. Высшая школа, М., 2004

8. Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967

9. Г. В. Васильков. Эволюционная теория жизненного цикла механических систем. Теория сооружений.- М: Издательство ЛКИ, 2008. 320с.

Размещено на Allbest.ru