természeti elvek az analógia alapú tervezésben tervezési...

Természeti elvek az analógia alapú tervezésben 1

Természeti elvek

az analógia alapú tervezésben

Dr. Dömötör Csabaegyetemi docens

1Gép- és Terméktervezési Intézet

Tervezési módszerek Intuitív gondolkodás

• Ötleteken alapul, alig befolyásolható, „ösztönös” folyamat• Bonyolult összefüggések az altudatban feldolgozva• Egyedi megoldások találhatók• Nem kényszeríthető, és nem dolgozható ki• Függ a személyes tehetségtől és tapasztalattól

Diszkurzív tervezés• Tudatos, befolyásolható folyamat• Lépésről lépesre kidolgozható a probléma• Részfeladatokra bontja az összetett feladatot• Kisebb eséllyel születnek komplex frappáns megoldások

TRIZ (Altshuller)• Feltalálói Problémamegoldás Módszere • Tudatos folyamat• Nem függ pszichológiai tényezőktől• Kitágul a mérnök látóköre

2

Kutatáshoz kapcsolódó tudományterületek

Tervezési módszerek áttekintése

Előíró és Leíró elméletek

Diszkurzív tervezés - Intuitív gondolkodás

Analógia alapú problémamegoldás

1969: TRIZ - Genrikh S. Altshuller, hivatalnok Speciális megoldás

Hasonló általános megoldás

Hasonló általános probléma

Speciális feladat

Bionika és biomimetika

1959: „Technischer Biologie” Werner Nachtigall, biológus

1960: „Bionics” - Dr. Jack E. Steele, orvos-pszichiáter

1969: „Biomimetics” - Otto H. Schmitt, mérnök

2008: AskNature.org - Janine Benyus, természetkutató

2011: VDI ajánlások

3

Speciális megoldás

Hasonló TRIZ

megoldás

Hasonló TRIZ

probléma

Speciális feladat

A TRIZ mátrix elemző használata

Analízis és Újra-

fogalmazás

Analógia felhasználása


Ha egy új probléma felmerül...

• A szakember a saját szakterületén kezd keresni

• Ez behatárolja a probléma lehetséges megoldásainak számát, illetve könnyen kizárhatja a vizsgálatból az ideális megoldást

• Ennek kifejezésére vezették be a „pszichológiai inercia” vagyis a „lélektani tehetetlenség” fogalmát, ami egy korlátot fejezi ki a problémamegoldásban.

G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 19954

A „lélektani tehetetlenség” hatása

Probléma

Megoldás

Koncepció N

Koncepció 3

Koncepció 2

Koncepció 1

Koncepció 4


pszichológiai inercia vektora

5

Mechanika

Elektromos és mágneses hatások és

technológiák

Kémiai hatások és technológiák

Termodinamika

Az optimális megoldás a szakterületünkön kívül eshet

P

M


A „lélektani tehetetlenség” hatása


• A TRIZ kidolgozója: Genrich Saulovich Altshuller

• Теория Решения Изобретательских Задач

Teorija

Reshenyija

Izobreatatyelskih

Zadach

TRIZ

szint leírása vizsgált

szabadalmak százaléka

1 létező rutin megoldások 32%2 létező rendszer kisebb fejlesztése 45%3 létező rendszer alapvető fejlesztése, ismert megoldások segítségével 18%4 új elvek felhasználása a tudományból vett ötlettel 4%5 új rendszer kialakítása ritka tudományos felfedezés alapján 1%

7

TRIZ – Feltalálói Problémamegoldás Módszere

Követelmények:1. Legyen módszeres lépésenkénti folyamat

2. Vezessen el az ideális megoldáshoz az átfogó megoldáshalmazban

3. Megismételhető és megbízható legyen, ne függjön pszichológiai hatásoktól

4. Tegye hozzáférhetővé az inventív ismeretek tömegét

5. Képes legyen bővíteni is az inventív ismeretek halmazát

6. Legyen elég természetes a felhasználóknak az általános problémamegoldás sémája alapján


„A miénkhez hasonló problémára már valahol született megoldás”

Kreativitás = Megtalálni a létező megoldást és adaptálni a speciális problémára

A mérnöknek le kell fordítania a feladatot a TRIZ nyelvezetére

A TRIZ hipotézis

Speciális megoldás

Hasonló általános megoldás

Hasonló általános probléma

Speciális feladat

A TRIZ mátrix elemző használata

Analízis és

Újrafogalmazás

Analógia felhasználása

9G. Mazur: Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). University of Michigan College of Engineering, 1995


A feladatok ellentmondásokra épülnek

39 mérnöki paraméter az ellentmondási mátrixban

40 TRIZ alapelvvel feloldhatók az ellentmondások

A tervező kijelöl egy fő ellentmondást és a mátrixból kiválaszthatja a megoldást adó alapelvet

A TRIZ koncepció

....

......

10

Definíciója:

„Az élet ellentmondásait megértő, azokat derűben feloldó szemlélet”

Jellemzői:

Az ember képes felismerni a valóság és az elvárás közötti különbséget

Az ember egyik jellegzetes veleszületett vonása VAGY tanult viselkedésforma?

Humán érzelemkifejező, kommunikációs jelenség

Célja:

A humor a tudás elmélyítését segítő közlési forma (…az oktatásban)

Szemlélteti az adott irányelv jelentését és akár felhasználhatóságát is (…Altsullernél)

?

A TRIZ és a humor kapcsolata

11

Aszimmetria4.TRIZ alapelv

Hyundai Veloster

12


Összevonás5.TRIZ alapelv

13

Kiegyensúlyozás8.TRIZ alapelv

A Costa Concordia „talpraállítása”14

Megelőző beavatkozás10.TRIZ alapelv

„Self Supporting Runflat Tyre”

15


Hasznos tevékenység folyamatossága20.TRIZ alapelv

16

Közvetítő elem24.TRIZ alapelv

17

Hőtágulás37.TRIZ alapelv

18


Humor alkalmazásaA Humor…

fokozza az oktatás hatékonysága

elmélyíti a tudást

javítja a reklámok figyelemfelkeltő képességét

befolyásolja a termékéletciklust

szelektálja a fogyasztói rétegeket

megértése növeli az intelligenciát

hatással van az életminőség érzetre

stb19

• A természet a megoldott problémák legnagyobb tudásbázisa

• Kapcsolatot kell teremteni a TRIZ alapelvek és a természeti analógiák között

• A természet hatáshordozóinak TRIZ alapelvekbe integrálásával növelhető az analógiák felhasználhatósága

TRIZ és a természet kapcsolata

20

Új szemlélet

„We invent nothing - We simply discover”

Megkeresni a létezőt...

Alkalmazni a megtaláltat...

Két módszer

21


A biomimetika IRÁNYAI

22

Absztraktív módszer

Analóg módszer

Osztályozás: IRÁNY és TUDATOSSÁG

Lehetőség: szemléltetésCél: tökéletesítés algo-ritmusának kidolgozása

Cél: Arány növelése kereshető katalógussal

Cél: absztrakció algo-ritmusának kidolgozása

Alkalmazott Ösztönös

AnalógTECH BIO

AbsztraktívBIO TECH

Természeti analógiák

FelkutatottUtólagos

tudatos

Alkalmazott Ösztönös

AnalógTECH BIO

AbsztraktívBIO TECH


FelkutatottUtólagos

tudatos

66% 3% 24% 7%

23

Ismert természeti analógiákkal

történő tökéletesítés algoritmusa

24


Absztraktív eljárás származtatása

1. Miért? – A természeti kihívás megfogalmazása

Saját megoldásHogyan?

Saját feladat

Hol?

Általános feladat Miért?

Általános megoldás

2. Hol? – Alkalmazás lehetőségeinek vizsgálata

3. Hogyan? – Értékesíthető termék kidolgozása

Az analógia alapú problémamegoldás általános modelljéből

25

Absztraktív eljárás

algoritmusa

26

TARTALOM szerinti hierarchia

FUNKCIONÁLIS

ELVI

FORMAI

3.szintmegegyező céljele: C

2.szinthasonló formajele: F

1.szintazonos elvjele: E

27


Részterületek VDI szerintFunkcionális bionikus felületek

VDI 6221:2011-07

Biomimetikus robotokVDI 6222:2011-11

Biomimetikus anyagok, struktúrák és alkotóelemekVDI 6223:2011-08

Evolúciós algoritmusok alkalmazásaiVDI 6224 Blatt 1:2012-06

Biológiai növekedési törvények alkalmazása a mechanikus alkatrészek szerkezet-optimálásához

VDI 6224 Blatt 2: 2012-08

Bionikus információ feldolgozásVDI 6225 Blatt 1:2012-09

Építészet, Ipari formatervezésVDI 6226 Blatt 1: 2013-10

Hely-változtatási

elvek

Szerszámok és

eszközök

Gép-szerkezeti

elemek

Teherviselő szerkezetek

Korszerű anyagok

Szervező elvek

Energia és hulladék-

gazdálkodás

Információ-technika

F o r m a -a l k o t ó e l e m e k


Disszertáció szerinti részterületek

28

Hely-változtatási

elvek

Természeti analógiák rendszerezése

Korszerű anyagok


gazdálkodás

F o r m a a l k o t ó e l e m e k

K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k


Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

29

Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás

F o r m a a l k o t ó e l e m e k K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k


Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

30


Formaalkotó elemek

• Az ember tudatalattijában hordozza a természettel való ősi kapcsolatát

• A megszerzett tapasztalatok ösztönszerűen befolyásolják döntéseinket

• A természetből merített intuíciók formatervezésben való alkalmazása egy-egy termék sikerének kulcsa lehet

31

A forma piaci jelentőségeFormavilág

Meghatározása a tervezési folyamat egyre fontosabb része

Cél a profit

Fogyasztói igényeket kielégítő – vagy ezt ígérő – és ezáltal eladható termékek piacra dobása

Új termék?

Az új műszaki tartalom létrehozása:

- időigényes

- költséges

Új formavilággal fenn lehet tartani az újdonság látszatát

Renault Mègane II (2006-2009)

Renault Mègane II (2003-2006)

32

A termékéletciklus„a termék a piacon töltött ideje”

Szakaszai:

Bevezetés A termék fogyasztókkal való megismertetéseNövekedés A termék már profitot termel Érettség A telítetté váló piacon nem nő tovább a profitHanyatlás Csökkenő profit, a termék kivonása frissítéssel kitolható

Formai frissítésekkel idő nyerhető egy alapjaiban új termék fejlesztésére is33


A termékéletciklus meghosszabbítása

Facelift

Néhány éves modellek esetén

Rendhagyó módon a Clio II megkapta a bevezetését élő Renault arculat formai elemeit

Renault Clio II (2012)Renault Clio II (2001-2006)

34

A forma lélektani szerepeÉrzelmi döntés tényezői:

- a márka vagy típus hírneve

- megnyerőbb márka-specifikus formaterv

Peugeot 107 Toyota Aygo Citroën C1

Opel Agila Suzuki Splash

35

A forma lélektani szerepe

36

Nissan Pixo Suzuki Alto

Nissan Note Renault Modus


37

38

A természet időtlen formáiA természeti formák használatával elérhető:

• Egyedi megjelenés

• Megbízhatóság érzete

• Érdeklődés felkeltése

• Vásárlásra ösztönzés

• stb

Stílusirányzattól függetlenül felidézhetők:

• Mintázatok

• Színkombinációk

• Formai elemek

• Arányok

• stb

39


40

Formaalkotó elemek a természetben- Különböző formák, azonos funkciók -

Rejtőzködés, megtévesztés, figyelemfelkeltés

41

Formaalkotó elemek a természetben- Szín, színezet, mintázat -

Rejtőzködés, megtévesztés

42



Figyelemfelkeltés

43


Formaalkotó elemek a természetben- geometriai formák -

44

Lotus Elise

45

Formaalkotó elemek a természetben- arányok -


Másolás és inspiráció

sss

Üveg és fa asztal

Tervező: Shige Hasegawa

“Lion Singer” varrógép (1868)

Tervező: Kimball and Morton Company

46

26.TRIZ alapelv„Egy tárgy vagy folyamat kicserélése másolatra”

Pl.: egyszerű másolat használata drága/bonyolult szerkezet helyett.

Szemfoltok használata védekezésre

Melyik a hal eleje? Emlős állat VAGY pillangó szárny?

47

Másolás

A formaterv, mint információ Első benyomás

A forma- és színterv befolyásolja a termék minőségéről alkotott képet

A formaterv

Sugallhatja egy termékről, hogy „high-tech”, „modern”, „hagyományos” vagy „retro”.

Szemlélteti az alkalmazott technológiát

Kiemelheti a felhasznált anyagok minőségét

Megtanítja a használathoz szükséges mozdulatokat

48


A színterv

• Figyelem felkeltő vagy elterelő

• Kompenzáló

• Informáló

49

A formaterv, mint információ

32.TRIZ alapelv

Polipok és kaméleon színekkel jelzik az érzelmeiket illetve így rejtőzködnek

50

Színváltoztatás

A design

• Nonverbális úton jut el a felhasználóig

• Hiteles

• Az általa közvetített benyomások megerősítésére szolgál a termékleírás

• Azt kell ígérje, amit a nyújt

• Jelzései egyértelműek kell legyenek

Las Crono 2011 kerékpáros fejvédő „Nem csak áramvonalas, de annak is látszik”

51

A formaterv, mint marketing


A természet az ergonómia alapja

Handshoe Mouse

gyártó: Hippus

52

Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás




Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

53

Helyváltoztatás közege

- lépegetés

- ugrálás

- csúszás

- gördülés

- kerék?

- ásás

- bekebelezés

- úszás

- futás

- közegterelés

- rakéta-elv

- lebegés

- közegterelés

- vitorlázás

- siklás

- lebegés

föld víz = levegő

földön föld alatt vízfelszínen vízben levegőben

54


Lépegetés, araszolásföldön...

55

Ugrásföldön...

56

Csúszásföldön...

57


Gördülésföldön...

58

KERÉK?

rotatoria

földön...

59

?

Ásásföld alatt...

60


Bekebelezésföld alatt...

61

Futás, járásvízfelszínen...

baziliszkusz

?

62

Úszásvízfelszínen...

63


Közegterelésvízben...

64

Rakéta-elvvízben...

65

Lebegésvízben...

66nautilusz = csigaházas polip (hátranéző szifótölcséres külsővázas lábasfejű)polip)


A delfin bőrének keresztmetszete

Az új műbőr a Laminoflow, mely torpedók bevonata

Gray-paradoxon: A delfinek nagyobb sebességet érnek el, mint amennyi izomerejük alapján várható.

67

Közegellenállás legyőzésevízben...

A két áramvonalas forma hasonlósága szembetűnő

A farokúszó a stabilitást és felhajtóerőt szolgálja

68

Közegellenállás legyőzésevízben...

Bionikus autó

Légellenállási tényező: 0,19 cW

Bőröndhal (Ostracion cubicus)

A térváz miatt a merevség 40%-kal nőtt a tömeg 30%-kal kisebb lett...

69Mercedes Bionic Car koncepció (2005)

Közegellenállás legyőzésevízben...levegőben...


Bálnák uszonyáról mintázott szélturbina lapátok

70

Közegellenállás legyőzéselevegőben...

A cápabőr pikkelyei és a Speedo Fastskin úszódressz

71


A közegellenállás legyőzésére szolgáló áramvonalas forma

72



Eltérő közegek közti közlekedés analóg megoldásai

73


Aerodinamika

74Harun Yahya: Design in Nature. Ta-Ha Publishers Ltd., I Wynne Road London SW9 OBB United Kingdom

levegőben...

Aerodinamika

75Harun Yahya: Design in Nature. Ta-Ha Publishers Ltd., I Wynne Road London SW9 OBB United Kingdom

levegőben...


Aerodinamika

76

levegőben...

Vitorlázáslevegőben...

77

Sikláslevegőben...

78


Lebegéslevegőben...

79

Közegtereléslevegőben...

80

81

SmartBird és BioniCopter


82

levegőben... Közegterelés

„Célszerűség és SZÉPSÉG” = Funkció és forma összhangja?

Hosszú csápok segítik a tájékozódást a szűk

járatokban

Hatalmas, erős lábak tolják előre a

járatokban

Pajzs alakú fej-tor, ami az alagútásáskor

kitámaszt

Ollója biológiai ízesüléssel működik

Nagy szárnyak melyekkel képes a

levegőbe emelkedni

Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt83

A „négyéltű”

A „négyéltű”

Volkswagen Aqua koncepció (2011)84


Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás




Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

85

Metszőolló

Rajz: Lissák György

Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt86

Tépőzár

87Forrás: Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., 1995, Budapest


Nanopad

88

Hőcserélő felületek

89

''kaktusz''-markoló

90

Gömb megfogása


Rönkfogó markoló

91

Henger megfogása

Forrás: http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/rotary-grab-for-excavators-59118-2440799.jpg

Földmunkagép karja

92

Forrás: http://m.cdn.blog.hu/be/belsoseg/image/truck2008/2/markolo.jpg

Forrás: http://static.panoramio.com/photos/large/38761789.jpg

Szűrő

93


Gömbászka és tatu szelvényei

Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt 94

Forrás: http://gallery.photo.net/photo/16873772-lg.jpg

Rajz: Lissák György

Gáz-spay

95

Diótörő

96


Csúszócsomók

Thomas M. A. Fink a természetben felismerhető szabálytalan mozgások nyomán fejlesztett ki új csúszócsomó kötési technikákat

Felhasználása: - tengerészetben - horgászatban- marhapásztoroknál- nyakkendőkötésben

97

szúró-szívó szájszerv (szipóka)

98

Fullánk

99


Fullánk

100

fogó faroktoldat

101

Szúró szívó szájszerv

102


Vágó szájszerv

103

Szitakötőlárva fogóálarca

104

Rágó-harapó szájszerv

105


Fogó szájszerv

106

Fogó szájszerv

107

A hangyaleső fogószerve

108


Nyaló-szívó szájszerv

109

Szívónyelv

110

Vágó-rágó szájszerv

111


Principle 15: Dynamicity„Change to be optimal or to find an optimal operating condition”

Sucking discs of Octopus for flexible connections

112

Tapadókorong

113

Mesterséges izom

114

Pumpa


115

Szelepek

116

Volta oszlop

117

Szigonypuska


118

Légrugó, szintszabályzó

Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás




Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

119

Kardáncsukló

120Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt


Fogaskerék, fogasív

121

http://richpoi.com/cikkek/tudomany/fogaskerekekkel-ugranak-a-kabocak--video.htmlMalcolm Burrows Gregory Sutton, Cambridge University, (Science folyóirat 2013/09)

A fiatal kabóca mindkét hátsó lábbalnak szinkronban történő elmozdulását a két lábat összekötő terület fogaskerékre emlékeztető kialakítása teszi lehetővé

122

Gömbcsukló

123

Biológiai menet


Principle 27: Cheap Short-Living Objects„Replace expensive object with a cheap one”

E.g.: engineers use breaking piece as safeguard in expensive devices

As a defensive strategy the lizard may drop its tail (It will grow back once)

124

Törőelem

Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás




Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

125

Duzzasztó gát

126


127

Trans World Airlines Flight Center

Tervező: Eero Saarinen

Héjszerkezetes építési mód

A héjszerkezetek nagyon jól ellenállnak a felületi terheléseknek

Héjszerkezetes építési mód

Kászonyi G.: Természeti formák hatása mérnöki műtárgyak tervezésére, TECHNIKA July - August 1998

Természetes héjszerkezetek:

128

129

Épületek alapozása


Víztorony

130

Rácsszerkezetek

131

A csont topológiai szerkezete rácsos konstrukcióhoz hasonló képet mutat

az Eiffel-torony acélszerkezetének csomóponti részlete

Egy sugárállatka „szerkezeti csomópontja„ 1540szeres nagyításban:

Lissák Gy.: A formáról, Láng Kiadó és Holding Rt

Szerkezeti csomópontok

132


Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás




Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

133

134

TRIZ példák

Könnyített szerkezetek Szendvicselem-típusok

G. Pahl - W. Beitz: A géptervezés elmélete és gyakorlata, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1981135


Bambusz és nád szerkezet

136A stuttgarti TV-torony

Fapépből papír

137

138

Pókfonal


Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás




Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

139

A természetben nincs hulladék

Minden valami másik folyamatnak az alapanyaga

140/12

Hulladék és Energiagazdálkodás

• Szétszerelés / Bontás

• Újrafelhasználás(eredeti forma + eredeti cél)

• Továbbfelhasználás(eredeti forma + új cél)

• Újrahasznosítás(eredeti technológia + új/hasonló forma)

• Továbbhasznosítás(új technológia + új forma)

• Megújuló energiaforrások

• Energiaminimum elve

• Hőcserélő elvek

• Hőszigetelés

Hulladék és Energiagazdálkodás

141/12


Szétszerelés / Bontás

142/12

Újrafelhasználás

143/12

(eredeti forma + eredeti cél)

Továbbfelhasználás

144/12

(eredeti forma + új cél)


Újrahasznosítás

145/12

(eredeti technológia + új/hasonló forma)

Továbbhasznosítás

146/12

(új technológia + új forma)

Megújuló energiaforrások kiaknázása

147/12


Energiaminimum elve, kéményhatás

148

Hőcserélő elvek

149/12

Hőszigetelés

150/12


151

Napenergia hasznosítása

Önfenntartás

152

Önfenntartás

153

25. TRIZ alapelv: Önkiszolgálás

Az állatok a trágyájukkal segítik a takarménynövényeknövekedését.

Az ember akár biogáz termelésre is tudja hasznosítani tehéntrágyát.

„Hulladék erőforrás, energia vagy anyag felhasználása kidobás helyett”


154

Trágyaszórás

22. TRIZ alapelv: Hátrányból előnyt kovácsolni„Káros tényezők felhasználása pozitív hatás eléréséhez”

155

Alternatív üzemanyagok

Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás

F o r m a a l k o t ó e l e m e k K o n s t r u k c i ó s me g o l d á s o k


Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

156


A kommunikáció

Definíció:Adott kapcsolatban álló felek egy általuk kialakított jelrendszer révén adott információkat képesek közölni egymással, és így befolyásolni egymás viselkedését.

Tágabb értelemben rendszerek közötti információcserét jelent, vagyis olyan jelenség, amelyben információk mozognak.

Axiómái:1.) Lehetetlenség nem kommunikálni 2.) A kommunikáció metajelenség

157

• A folyamat iránya szerint:

egyirányú, kétirányú

• A küldő és fogadó közötti kapcsolat alapján:

közvetett és közvetlen

• Dimenziók mentén:

általános, technikai, biológiai, állati, emberi

A kommunikáció típusai

158

Kommunikáció a természetbenAlapvetően megvalósulhat:

Látás

Hallás

Tapintás

Szaglás

Ízlelés útján

Speciális esetei lehetnek még:

Nyomásváltozás érzékelése (cápák)

Elektromosság érzékelése (kacsacsőrű emlős, pörölycápa)

Nagyfrekvenciás rezgések érzékelése (denevér, madarak, delfin)

Hőlátás (kígyók)

Rezgésérzékelés (rovarok)

Mágneses térerősség (madarak)

159


LátásSzem Fényképezőgép

(lencsék fókuszálnak, fényrekesz, film)(szaruhártya-görbület a fókuszáláshoz, szivárványhártya, retina)

A fejlábúak vagy lábasfejűek (pl.: polip, szépia, óriáskalmár)előre és visszarántják a lencsét, mint a diavetítő.

Normál fókusz

Közellátás Távollátás

A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation

160

„Specialitások”:

Hőlátás:Egyes kígyók szeme alatt úgynevezett gödörszervek vannak, amelyekben infravörös sugárzásra vagy hőre érzékeny membránok helyezkednek el. Már 0,005 °C hőmérséklet-változást is érzékelnek, bár csak 15 cm-en belül

Éjjellátás:Pápaszemes maki

Nagy szemeit nem tudja mozgatni, de fejét mindkét irányban 180°-al elfordíthatja.

Látás


161

Hallás

A természet ezernyi csodája, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 2002

Fülkagyló formája Amfiteátrum alakja

Gramofon tölcsérje

162


Hallás


Dobhártya a fülben Mikrofon membrán

163

Hallás„Specialitások”:

Infrahangok érzékelése:A siketfajd érzékeli az emberi fül számára hallható tartományon kívül eső, alacsony frekvenciájú hangokat is.

A fajon belüli kommunikációezen formája jellemző még:• Elefánt• Bálnák (Víz alatt akár 1000km)


Tapintás – Szaglás – Ízlelés

A természetben ezen oly gyakran alkalmazott információszerző elvek a műszaki gyakorlatban kevésbé terjedtek el.

Példák a műszaki gyakorlatból:

Tapintás: 3D-s letapogató szkenner, végállás kapcsolók

Szaglás: Füstérzékelő (?)

Ízlelés: Vegyi anyagok észlelése, indikátorpapír

165


166

Testbeszéd, jelek

167

Rejtőzködés

168

Rejtőzködés és figyelemfelkeltés


169

LED 55% fényerőnövelés

This image shows the misfit scales found on the lantern of the Photuris firefly. Researchers found that the sharp edges of the scales let out the most light.

170

Eagle Eyes®

Lokátorrendszerek

RADAR – RAdio Detection And Ranging = „Rádiós észlelés és bemérés”

• Levegőben

• Mikrohullámú frekvencia(1-35 milliárd Hz)

• Repülők és hajók irányítása

• Légvédelem

Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 1995Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation

Radar és Szonár rendszerek

SONAR – SOund Navigation And Ranging = „Hang navigáció és bemérés”

• Levegőben hangfrekvencián indult

• Víz alatt és alacsonyabb frekvencián hatékonyabb

• Ellenséges tengeralattjárók bemérése

• A II. világháború alatt még aktív sonar

• A japánok ellen az USA hőérzékelést is bevetett

171


Lokátorrendszerek

Hogy is van ez?, Reader's Digest Kiadó Kft., Budapest, 1995Microsoft® Encarta® Encyclopedia 2004. © 1993-2003 Microsoft Corporation

Doppler-effektus

Kibocsátott hullámok

Visszavert (nagyobb frekvenciájú) hullámok

Ha a célpont mozgó tárgy, a visszaverődő jel frekvenciája kismértékben eltér a kibocsátott jelétől. Ezt az okozza, hogy a közeledő tárgyról visszaverődő rádióhullámok torlódnak, míg a távolról visszaverődők széthúzódnak.

172

A hang alapján tájékozódó denevér rövid, éles cincogásokat hallatva (30-120kHz) és azok visszhangját elemezve szerez információt a környezetéről és zsákmányáról.


LokátorrendszerekVisszhanglokátor (a levegőben)

A nagy patkósorrú denevér a kimenő és beérkező jelek frekvenciáit összevetve értékeli a saját és áldozata egymáshoz viszonyított mozgását.

A szuszókok jól hallható csettegése is a visszhangos helymeghatározást szolgálja.

173

Ultrahangos lokátor

174


Lokátorrendszerek

Az óriás ámbráscet is érzékeli a tárgyakról visszaérkező hangot, és e visszhangok elemzése révén találja meg zsákmányát és kommunikál fajtársaival.

A delfin magas frekvenciájú hangokat, időnként csettintéseket bocsát ki, és a kapott visszhang segítségével találja meg táplálékát.


Visszhanglokátor (a víz alatt)

175


LokátorrendszerekHanglokátor (a levegőben)

A gyöngybagoly pofáján szív alakú arcfátyla összegyűjti, majd tollazata alatt megbúvó füleihez továbbítja a hangokat. Egészen kis hanghatásokat is érzékelnek.

176


LokátorrendszerekHanglokátor (a vízben)

A cápa füle alacsonyfrekvenciájú rezgésekre van hangolva, például olyanokra, amilyeneket a sebesült hal bocsát ki, és ezek a rezgések igen nagy távolságra is eljutnak. Így a cápa már több mint 2 km távolságból észleli leendő áldozatát.

A pörölycápa orrában lévő kocsonyával teli üregek elektromosságra érzékeny sejteket tartalmaznak, amelyek centiméterenként egy százmilliomod voltnyi feszültségváltozást is felfognak.

177



LokátorrendszerekElektromos tér érzékelése

178

28. TRIZ alapelv: Mechanika helyettesítése„Mechanikus rendszer kiváltása elektromos, mágneses vagy elektromágneses mező alkalmazásával”

A pörölycápa és a kacsacsőrű emlős speciális elektromos szenzorokkal keresi táplálékát a homokban és iszapban

Hangszerek a természetben• A természetben fellelhető hangképző elvek műszaki alkalmazásai többnyire magukban az ember által létrehozott hangszerszámokban ismerhetők fel.

• A természetben megvalósuló hangképzés hatáselvei és hatáshordozói bizonyos esetekben alkalmazhatók tisztán műszaki feladatokra is

179

Alapfogalmak

A hang

szilárd, cseppfolyós és légnemű anyagokban keltett, hullám formájában tovaterjedő mechanikai rezgés, a zenei skála egy egysége

A zene

a ritmus, a dallam és a harmónia által – tudatosan elrendezett hangok folyamata, ahol a hangok és a csend időbeli változásáról beszélhetünk

A hangszer

zenei hang képzésére alkalmas eszköz

180


Kommunikáció a természetben

SzaghatásokPl: Területjelzés illatmirigyekkel vagy vizelettel, párzási hajlam jelzése, fajtársak és kölykök megkülönböztetése, stb.

MagatartásformákPl: behúzott farok, szoros szemkontaktus, méhek tánca, stb.

Optikai ingerekPl: szemfoltok, élénk színhatások, stb.

HangokPl: madárdal, szarvasbőgés, farkasüvöltés, macska dorombolása, delfinek kattogása, infra és ultra hangok, stb.

181

Hangszerek rendszerezése

Kezelés módja szerint :• Fúvós

• Ütős

• Billentyűs

• Vonós

• Pengetős

• Egyéb (rázó, kaparó, stb)

Hangképzés módja szerint :• Levegő (aerofon),

• Megfeszített húr (kordofon),

• Kifeszített hártya (membranofon),

• Rugalmas merev test (idiofon)

• Elektronika (elektrofon)

Dallam- és ritmushangszerek

Homofon és polifon hangszerek

182

síp

Aerofonhangszerek

Hangjukat elsődlegesen a levegőben magában végbemenő esemény hozza létre. A hang egy meghatározott hosszúságú légoszlop rezgéséből képződik, amit a fúvónyílás éles széle gerjeszt.

Pl: fa- és rézfúvósok, sípok, szájharmonika, wurlitzer, kintorna, stb.

harsona

tuba

trombita

kürt

pánsíp

szájharmónika

wurlitzer

kintorna (verkli)

183


Aerofona természetben

• A madaraknak nincsenek hangszálaik

• A gége a hangképző szerv

• Az áramló levegő a redőkön rezgésbe jön

• A hang magasságát és színét a hártyák helyzete és feszültségállapota befolyásolja

Tüdő

Hasüregbeli légzsákKarcsont

Nyaki légzsákGégecső

Az udvarló fülemüle hímek egyszerre négy különböző hang kiadására is képesek,

A pintyek énekében néhol 150 trillaváltás figyelhető meg másodpercenként

184


185

186



• Gőzhajók, gőzmozdonyok jelző kürtjei

• Kukta vagy teáskanna lefúvó sípjai

• Vadriasztó

Beáramló levegő

Magas frekvenciájú hanghullámok

187

Aerofonműszaki alkalmazás

Kordofonhangszerek

Hangkeltő közege egy 1 dimenzióban feszített rezgő húr, amelynek hosszúságától, vastagságától és feszítettségének mértékétől függ a létrejövő rezgés frekvenciája, vagyis a hang magassága:

Megszólaltatásuk: pengetéssel (gitár, lant, hárfa), dörzsöléssel (hegedű, brácsa, gordonka, nagybőgő) vagy ütéssel (cimbalom vagy zongora)

188

Kordofona természetben

• A hím mezei tücsök a mellső szárnyain kiálló erek egymáshoz dörzsölésével ciripel

• Hangadás a különböző fajoknál:

· Tücsök és szöcske (két szárny)

· Sáska (szárny és comb)

· Kabóca (rugalmas kitinlemez és izmok)

Hangszál

189


190

Kordofona természetben

Membranofonhangszerek

Egy kétdimenziósan kifeszített rugalmas hártya rezgetésével jön létre a hang

Pl: dobok, köcsögduda, fésűre szorított selyempapír

+

191

Membranofona természetben

• Dobhártya

192


Membranofonműszaki alkalmazás

• Dinamikus hangszóró

Membrán Lengő tekercs Pille (rugó)

Állandó mágnes Mágneses mag Kosár

193

Idiofonhangszerek

Egy önfeszültséggel rendelkező rugalmas szilárd test jön rezgésbe

Pl: cintányér, csengő, harang, gong, xilofon, doromb, kasztanyetta, csörgő, kereplő, hangvilla, stb.

194

Idiofona természetben

Shekere

195



196


Mákgubó Maracas197


Kasztanyetta

198


Hely-változtatási

elvek


Korszerű anyagok


gazdálkodás




Gép-szerkezeti

elemek


Szerszámok és

eszközök


Szervező elvek

199

Bányaművelés

200

201

Precíziós öntés


Redundancia elve

11. TRIZ alapelv: Megelőző beavatkozásPl.: „Relatív kis megbízhatóság kompenzálása”

Cápa fogsora

Páros szervek

202

Logaritmikus spirális

203

Principle 14: Spherically- Curvature„Minimize dimensions with replacing linear to a curve”

circular gliding in rising air flows to linear upward

proboscis of butterflies snail shell

204

Spirál


Következtetések, célok• Az ember tudatalattijában hordozza a természettel való ősi

kapcsolatát

• Természeti adaptációval a tervezés ideje csökkenthető

• A természetből merített intuíciók terméktervezésben való alkalmazása a siker kulcsa lehet

• Alkalmazhatósági kritériumok megfogalmazása szükséges

• Az élővilágban való megoldáskeresés tudatosan folyamat

• A természet hatáselveinek és hatáshordozóinak rendszerbe foglalásasegíti a folyamatot

205

Köszönöm a figyelmet!

206

természeti elvek az analógia alapú tervezésben tervezési...

Documents