По образцу природы: скелеты и формы рыб вдохновляют производителей автомобилей

С момента изобретения автомобиля в 1886 году произошло довольно много событий. Но по сравнению с четырьмя миллиардами лет эволюции это не более чем миг. У природы часто есть гораздо лучшие решения.

Это конструкция или она может пойти? Когда Клаус Миллерферли держит в руках амортизаторы нового Mercedes EQXX, Вы можете подумать, что он совершил ошибку.

Громоздкая и неструктурированная металлическая часть больше похожа на мусорный бак, чем на авангард. И трудно поверить руководителю проекта, что на нее должна опираться передняя ось электромобиля.

Но Миллерферли с удовольствием взвесил литую деталь в руке и пришел в восторг от ее малого веса и воздушной формы. Она не только чрезвычайно устойчива, но и весит на четыре килограмма меньше, чем обычная деталь.

Созданы по образцу природы - скелеты из углерода

"Вот почему мы смоделировали его на основе природы", - говорит инженер. Вместо того, чтобы быть разработанным на чертежной доске с помощью той же компьютерной программы, которая используется для создания монстров для компьютерных игр - не нарисованных, а буквально выращенных - он выглядит как скелет.

Как и кости людей или животных, конструктивная часть чрезвычайно стабильна в ответственных точках, но при этом нигде не требует лишнего материала и поэтому особенно легка.

Таким образом, Millerferli следует тенденции, которая сейчас очень популярна среди разработчиков автомобилей. В борьбе за минимизацию веса и максимальный запас хода они черпают вдохновение у природы. Это особенно заметно в модели Mission R, с помощью которой Porsche создает гоночный электромобиль будущего.

Вместо того, чтобы строить раму, а затем обшивать ее кузовом, двухместный автомобиль имеет каркас из углеродного волокна, который виден издалека и чьи открытые зазоры, как в ферме, позволяют очень необычные виды внутрь и наружу - особенно на крышу.

"Форма и функция идеально сочетаются", - говорит дизайнер Питер Варга. "Потому что этот так называемый экзоскелет не только особенно легкий и устойчивый, он еще и эффектно выглядит".

Черепаха и череп динозавра

У других эта идея появилась раньше, чем у Porsche: Например, компания Edag, предоставляющая услуги по разработке в Висбадене, имеет технологический носитель Genesis. Его корпус был смоделирован на основе черепашьего панциря из 3D-принтера.

Или спортивный двухместный автомобиль от Института производственной инженерии и автоматизации Фраунгофера (IPA) в Штутгарте. Чтобы убедиться, что вес автомобиля не превышает 500 килограммов и при этом он обеспечивает достаточную защиту при аварии, в качестве модели для его конструкции кузова пришлось использовать череп симозавра.

Наконец, исследователи обнаружили несколько интересных параллелей: Во время охоты кость испытывала ту же нагрузку, что и ходовая часть автомобиля при движении по ухабистой трассе. А когда челюсть захлопывалась во время еды, действовали похожие силы, как при аварии, объясняют эксперты IPA.

Удивительный на суше и элегантный на воде

Помимо легкости конструкции и безопасности, это, прежде всего, аэродинамика, которая черпает вдохновение в природе. "Эволюция уже создала несколько сенсационных форм, когда речь идет об аэродинамическом сопротивлении", - говорит Тедди Волл, отвечающий за аэродинамическую трубу в Daimler. Например, пингвин.

На суше он может показаться медлительным, а его походка не отличается ни эффективностью, ни эстетичностью. "Но в воде его никто не сможет обмануть", - говорит Волл и может часами рассказывать о птицах и рыбах. Поэтому неудивительно, что некоторые детали наших автомобилей напоминают крылья или плавники, или что вся их форма смоделирована по образцу рыбы.

Однако и здесь есть свои пределы, особенно когда речь идет о конфликте между аэродинамикой и эстетикой, признает Волл. Он вспоминает рыбу-бокс, которая послужила моделью для бионического автомобиля швабской компании в 2005 году. Эта рыба особенно хороша с точки зрения аэродинамики, и автомобиль, созданный по ее мотивам, невероятно эффективен: его Cd составляет 0,19.

Но красивое - это совсем другое. Хотя эта форма идеально подходит для компактного фургона или внедорожника, она вряд ли понравится широкой публике - и уже давно исчезла обратно в комнате доказательств дизайнеров.

Эффект цветка лотоса для чистых туалетов и боковых поверхностей шин

Каркасы тела, похожие на костный скелет, выращенные структурные части и линии дизайна, похожие на тела рыб, - какими бы новыми ни были эти идеи, бионика - старая шляпа. Будь то автомобили, авиация или бытовая техника, природа с незапамятных времен служит образцом для практических достижений.

Одним из самых популярных примеров переноса из природы на фабрику является так называемый эффект цветка лотоса, с помощью которого листья растения защищаются от грязи.

Исследователи также смогли перенести принцип работы маленьких наростов, которые отвечают за то, чтобы вода и, соответственно, частицы грязи скатывались с поверхности растения, на искусственные поверхности. Это гарантирует, что умывальники или унитазы всегда будут чистыми. Это свойство скоро захотят использовать производители красок, чтобы сделать ненужными автомойки, а производители шин - чтобы боковины шин оставались чистыми.

Эффективная акула как пример для подражания более эффективным автомобилям

Однако не только цветы вдохновляют исследователей, но даже рыбья чешуя. Несколько лет назад исследователи BMW внимательно изучили кожу акулы. Специальные профили могут снизить сопротивление трению на три процента.

Идея: если перенести эти профили на пленку и наклеить на листовой металл, то расход топлива можно соответственно снизить. Однако баварцы не стали развивать эту идею дальше.

В этом нет ничего необычного, поскольку бионические идеалы часто вступают в противоречие с другими требованиями к автомобилю - будь то стоимость, реализация в производстве или просто вкус: "Потому что не все, что бионика говорит нам о дизайне, например, понравится потребителю", - говорит аэродинамик Mercedes Волл и рассказывает о продолжающемся споре с дизайнерами.

Это не означает, что бионика списана со счетов. Напротив: существующие подходы к разработке не всегда способны решить многочисленные проблемы, с которыми сегодня сталкивается автомобильная промышленность. Именно поэтому решения ищутся в других отраслях, в том числе и в бионике: "Бионика дает интересное вдохновение и решения", - говорит представитель BMW Джулия Юнг.

Источник: Скелеты и формы рыб вдохновляют автопроизводителей / Nürnberger Nachrichten (18.10.2022)