Бионика, и вытекающий из нее бионический дизайн (или бионический метод проектирования) представляет собой единство технологий и природы, сочетая в себе функциональность и эстетику. Природа является главным источником вдохновения, ее механизмы отлаживались на протяжении десятков тысяч лет. Именно поэтому к ней обращаются за подсказкой при решении трудных технических задач. Проще говоря, наблюдение за живыми организмами, изучение их структуры и строения, позволяют по крупицам собрать информацию, а бионика – применить эту информацию в технике и инженерии.
Бионический метод проектирования набирает в последнее время все большую популярность, и дело не только в эстетической составляющей. Любое изделие, созданное с применением этого метода, сочетает в себе следующие качества:
- гибкость
- прочность
- возможность перемещения центра тяжести (скажем, с центра на любое необходимое место)
- наличие полых участков
- легкость (за счет предыдущего пункта)
- относительная тонкость стенок
За счет грамотного проектирования деталей с полыми участками, удается экономить значительное количество материала, что, однако, не влияет на гибкость и прочность детали. Это несомненное преимущество в современном стремлении к сохранению функциональности без угрозы окружающей среде. Бионический дизайн находит самое разное применение. С его помощью реализуются комплексные сложные проекты в различных отраслях: биоинженерии, аэронавтике, космонавтике, архитектуре, протезировании и т.д.
Однако для бионического метода проектирования не так много путей реализации. Стандартное ручное выпиливание сложных деталей мастером слишком неточно. Именно здесь и приходит на помощь 3D-печать, которая без проблем справляется даже с самой ювелирной работой.
Многие крупные компании, занимающиеся 3D-печатью или применяющие ее для реализации своих разработок давно взяли бионический дизайн на вооружение и все чаще к нему прибегают, разрабатывая свои продукты. Например, Airbus Group (крупнейшая европейская корпорация аэрокосмическое промышленности) уделяет огромное внимание разработке мелких составляющих (деталей), которые, в свою очередь, хоть и кажутся малозначимыми, играют большую роль в общем проекте. Каждый кронштейн (см. фото далее), созданный с помощью бионического метода проектирования, теряет в весе на 30% (что суммарно позволяет экономить значительные средства):
Дизайн этих деталей был разработан на основе листьев водяных лилий и их полых ребер, позволяющих им оставаться наплаву несмотря на свой немалый вес (Виктория амазонская, к примеру, может выдержать вес до 50 кг):
APWorks (дочерняя компания Aibus Group) представила свою разработку, выполненную с помощью бионического метода проектирования. Идея состояла в создании более легкого «экзоскелета» мотоцикла, который позволяет существенно сократить вес конструкции (до 6 кг), на 30% меньше своего предыдущего аналога:
При создании важно было сохранить жесткость конструкции, значительно уменьшив вес. Каждая деталь конструкции состоит из тысяч тонких слоев (толщиной около 60 микрон). Вес был уменьшен в том числе и за счет материала – был использован коррозиеустойчивый алюминий (в виде крошки), который по прочности сравним с титаном.
Более масштабным проектом Airbus Group, возвращаясь к ее привычной сфере деятельности, является представленный в начале года проект перегородки между кабиной пилота и остальной частью самолета, разработанный с помощью бионического метода проектирования и напечатанный на 3D-принтере. Выглядит это так:
Цель разработки проста и, при этом, необычайно полезна. Бионический дизайн позволяет уменьшить вес конструкции на 45% (а это около 30 кг) по сравнению с ее предыдущим аналогом. Минимизация веса, в свою очередь, позволяет экономить значительное количество топлива. Даже такое, на первый взгляд, небольшое уменьшение веса позволяет сократить выброс углекислого газа на 450,000 тонн в год. Помимо сокращения вреда для окружающей среды, такая разработка экономит значительные средства компании.
Однако не только Airbus Group взяла на вооружение бионический метод проектирования. Toyota Motor Corporation представила прототип облегченного автомобильного сидения:
Для реализации этого проекта применялась особая система топологической оптимизации. С помощью присвоения материалу плотности в определенных местах, изделие было разделено на высоко- и низкоплотные участки. Низкоплотные участки увеличили комфортность для потребителя, позволяя высокой температуре автомобильного сидения рассеиваться.
Преимущество разработки состоит в уменьшении объема на 75%, и, соответственно, веса (в данном случае с 25 до 7 кг). Кроме того, она позволила уменьшить теплоемкость с 35,6 до 14,5 дж/К.
В след за передовыми компаниями, активно применяющими на практике бионический метод проектирования, мы поставили себе цель обуздать эти технологии и сделать их доступными нашим клиентам. Мы разработали анатомический протез, идеально повторяющий контуры предплечья:
Бионический дизайн в данном случае позволяет сделать протез более гибким. Кроме того, форма отверстий не имеет большого значения, поскольку нагрузка на эту часть протеза минимальна, что позволяет клиенту предложить свой вариант, или выбрать из уже существующих, в связи с чем удается сделать протез не только функциональным, но и эстетичным.
По мнению эксперта Алексея Боровкова (кандидат технических наук, доцент, проректор по перспективным проектам, профессор кафедры «Механика и процессы управления» СПбПУ), особый интерес к бионическому дизайну в последние два года связан в первую очередь с тем, что мы наблюдаем конвергенцию двух трендов.
«С одной стороны, идет математическое моделирование и проектирование на основе математического моделирования, суперкомпьютерные технологии, технологии оптимизации. То есть мы наблюдаем совершенствование математических, вычислительных и инженерных наук, их стремительное развитие. С другой стороны, идет стремительное развитие аддитивных технологий, аддитивного производства. И вот на объединении, конвергенции двух этих трендов возникает синергетический эффект, когда мы можем создавать принципиально новые конструкции, и опять-таки важно подчеркнуть: это не просто новые конструкции, а это глобально конкурентоспособная продукция — конструкции, машины, различные элементы, детали нового поколения. Причем можно смело сказать: это будут конструкции столь же совершенные, что мы видим в живой природе, доходившей до этих конструкций сотнями тысяч лет эволюции», — говорит Алексей Боровков.
Наша команда инженеров уже активно применяет бионический дизайн в проектировании деталей, конструкций. Если вы не знаете, как это применить в вашем случае, мы с радостью расширим ваши горизонты представления о том, каким может быть то или иное изделие. Пишите info@can-touch.ru или звоните 8 (800) 550 40 45 (звонок бесплатный).