Wzorowane na naturze: szkielety i kształty ryb inspirują producentów samochodów

Od czasu wynalezienia samochodu w 1886 roku wiele się wydarzyło. Ale w porównaniu z czterema miliardami lat ewolucji, to niewiele więcej niż mrugnięcie okiem. Natura często ma znacznie lepsze rozwiązania.

Czy to konstrukcja, czy może się udać? Kiedy Klaus Millerferli trzyma w rękach kopułki amortyzatorów nowego Mercedesa EQXX, można pomyśleć, że popełnił błąd.

Nieporęczna i niestrukturalna metalowa część wygląda bardziej jak kosz na śmieci niż awangardowo. I trudno uwierzyć kierownikowi projektu, że przednia oś elektrycznego transportera technologii ma być przez nią wspierana.

Ale Millerferli z wielkim uznaniem waży odlewaną część w dłoni i jest zachwycony jej niską wagą i przewiewnym kształtem. Jest nie tylko wyjątkowo stabilny, ale także waży o cztery kilogramy mniej niż konwencjonalny komponent.

Wzorowane na naturze - szkielety wykonane z węgla

"Dlatego wzorowaliśmy go na naturze", mówi inżynier. Zamiast być opracowanym na desce kreślarskiej przy użyciu tego samego oprogramowania komputerowego, które jest używane do generowania potworów do gier komputerowych - nie narysowanych, ale dosłownie wyhodowanych - wygląda więc jak szkielet.

Podobnie jak kości ludzi czy zwierząt, część konstrukcyjna jest niezwykle stabilna w kluczowych punktach, ale nie wymaga nadmiaru materiału w żadnym miejscu i dlatego jest wyjątkowo lekka.

Millerferli podąża tym samym za trendem, który jest obecnie bardzo popularny wśród konstruktorów samochodów. W walce o minimalizację wagi i maksymalizację zasięgu czerpią oni inspirację z natury. Jest to szczególnie widoczne w Mission R, którym Porsche kształtuje elektryczny samochód wyścigowy przyszłości.

Zamiast konstruować ramę, a następnie pokrywać ją nadwoziem, dwumiejscowy samochód ma widoczny z daleka szkielet z włókna węglowego, którego otwarte szczeliny, podobnie jak w kratownicy, umożliwiają bardzo nietypowe widoki do wewnątrz i na zewnątrz - zwłaszcza na dachu.

"Forma i funkcja idealnie do siebie pasują", mówi projektant Peter Varga. "Ponieważ ten tak zwany egzoszkielet jest nie tylko wyjątkowo lekki i stabilny, ale także wygląda spektakularnie".

Żółw i czaszka dinozaura

Inni wpadli na ten pomysł przed Porsche: Na przykład dostawca usług rozwojowych Edag z Wiesbaden posiada nośnik technologii Genesis. Jego nadwozie było wzorowane na skorupie żółwia z drukarki 3D.

Albo sportowy dwumiejscowy samochód z Instytutu Fraunhofera Inżynierii Produkcji i Automatyzacji (IPA) w Stuttgarcie. Aby upewnić się, że waży mniej niż 500 kilogramów i nadal zapewnia wystarczającą ochronę przed wypadkami, czaszka Simosaurusa musiała zostać wykorzystana jako model struktury nadwozia.

Wreszcie, naukowcy znaleźli kilka interesujących podobieństw: Podczas polowania kość była obciążona w taki sam sposób, jak podwozie podczas jazdy po wyboistym torze. A kiedy szczęka zatrzaskiwała się podczas jedzenia, działały podobne siły jak podczas zderzenia, wyjaśniają eksperci IPA.

Waddly na lądzie i elegancki na wodzie

Oprócz lekkiej konstrukcji i bezpieczeństwa, to przede wszystkim aerodynamika czerpie inspirację z natury. "Ewolucja stworzyła już kilka sensacyjnych kształtów, jeśli chodzi o opór aerodynamiczny" - mówi Teddy Woll, który jest odpowiedzialny za tunel aerodynamiczny w Daimlerze. Na przykład pingwin.

Na lądzie może wydawać się powolny, a jego chód nie jest ani wydajny, ani estetyczny. "Ale w wodzie nikt go nie oszuka" - mówi Woll i mógłby godzinami opowiadać o ptakach i rybach. Nic więc dziwnego, że niektóre detale naszych samochodów przypominają skrzydła lub płetwy, lub że cały kształt jest wzorowany na rybie.

Istnieją jednak również ograniczenia, zwłaszcza jeśli chodzi o konflikt między aerodynamiką a estetyką, przyznaje Woll. Wspomina on rybę bukszpanową, która była modelem dla bionicznego samochodu szwedzkiej firmy w 2005 roku. Ryba ta jest wyjątkowo aerodynamiczna, a zainspirowany nią samochód jest niezwykle wydajny z wartością Cd wynoszącą 0,19.

Ale piękne jest inne. Choć kształt ten idealnie pasuje do kompaktowego vana lub SUV-a, jest mało prawdopodobne, aby spodobał się ogółowi społeczeństwa - i już dawno zniknął z powrotem w pokoju projektantów.

Efekt kwiatu lotosu dla czystych toalet i boków opon

Ramy ciała przypominające szkielet kostny, wyhodowane części strukturalne i linie projektowe przypominające ciała ryb - choć te pomysły mogą być nowe, bionika to stary kapelusz. Niezależnie od tego, czy chodzi o samochody, lotnictwo czy technologię gospodarstwa domowego, natura od niepamiętnych czasów stanowiła wzór dla praktycznych osiągnięć.

Jednym z najpopularniejszych przykładów transferu z natury do fabryki jest tak zwany efekt kwiatu lotosu, dzięki któremu liście rośliny opancerzyły się przed brudem.

Naukowcy byli również w stanie przenieść zasadę działania małych wypustek, które są odpowiedzialne za zapewnienie, że woda, a tym samym cząsteczki brudu, staczają się z powierzchni rośliny, na sztuczne powierzchnie. Dzięki temu umywalki czy muszle klozetowe są zawsze czyste. Jest to właściwość, którą producenci farb chcą wkrótce wykorzystać, aby myjnie samochodowe stały się zbędne, a producenci opon chcą utrzymać boki opon w czystości.

Wydajny rekin jako wzór do naśladowania dla bardziej wydajnych samochodów

Jednak nie tylko kwiaty inspirują badaczy, ale nawet rybie łuski. Kilka lat temu badacze BMW przyjrzeli się skórze rekina. Specjalne profile mogą zmniejszyć opór tarcia nawet o trzy procent.

Pomysł: gdyby te profile zostały przeniesione na folię i przyklejone do blachy, można by odpowiednio zmniejszyć zużycie paliwa. Bawarczycy nie kontynuowali jednak tego pomysłu.

Nie jest to niczym niezwykłym, ponieważ bioniczne ideały często kolidują z innymi wymaganiami dotyczącymi samochodu - czy to kosztami, realizacją w produkcji, czy po prostu gustem: "Ponieważ nie wszystko, co bionika mówi nam na przykład o projektowaniu, zadowoli konsumenta" - mówi aerodynamik Mercedesa Woll i opowiada o trwającym sporze projektowym z projektantami.

Nie oznacza to, że bionika została spisana na straty. Wręcz przeciwnie: istniejące podejścia do rozwoju nie zawsze są w stanie sprostać wielu wyzwaniom stojącym obecnie przed przemysłem motoryzacyjnym. Dlatego też poszukuje się rozwiązań w innych sektorach, w tym w bionice: "Bionika dostarcza interesujących inspiracji i rozwiązań" - mówi rzeczniczka BMW, Julia Jung.

Źródło: Szkielety i kształty ryb inspirują producentów samochodów / Nürnberger Nachrichten (18.10.2022)