Bio-Inspired Design
WB1643 Werktuigkundig Ontwerpproject 3
De college-slides vind je door aan de rechterkant van je scherm op RevealJS te klikken
Bio-inspired design is een creativiteitsmethode waarbij je je laat inspireren door oplossingen uit de natuur. Belangrijk is dat we hier over inspireren spreken, wat niet hetzelfde is al imiteren. We halen de inspiratie voor ons ontwerp uit de natuur, zonder deze volledig na te maken.
In Figuur 1 zien we hier een voorbeeld van. Door goed naar vogels te kijken, konden Japanse ingenieurs het ontwerp van een trein zo aanpassen dat deze niet alleen stiller, maar ook een stuk energiezuiniger werdt. Hiervoor keken ze naar verschillende vogels, elk met hun eigen bijzondere eigenschappen. Het is uiteindelijk de combinatie van de verschillende eigenschappen geweest, die het ontwerp tot een succes heeft gemaakt.
Inspiratie ≠ Kopieren
In de ontwikkeling van Geckskin zien we ook een mooi voorbeeld van hoe we inspiratie uit de natuur kunnen halen zonder die volledig te kopieren. Geckskin is een tape, ontwikkeld aan de universteit van Massachussets Amhers, die erg goed kleeft, maar ook eenvoudig te verwijderen en opnieuw te gebruiken is. In Figuur 2 legt Albert Crosby uit hoe zijn team de tape ontwikkeld heeft. In Figuur 3 zien we dat een gecko allerlei kleine structuren op zijn voeten heeft waardoor die goed tegen verschillende oppervlakten op kan lopen. Dit vormde het beginpunt van de ontwikkeling van Geckskin. In plaats van deze structuren direct over te nemen, koos het team van Prof. Crosby er echter voor om het probleem verder uit te diepen. Door te onderzoeken welke aspecten van de geckohuid voor welke eigenschappen zorgde, konden ze goed kiezen wat ze wel en wat ze niet over wilden nemen. Daardoor heeft hun tape wel de gewenste eigenschappen, namelijk dat het goed plakt, maar toch een heel ander oppervlak, zoals te zien is in de onderste figuur(Bartlett e.a. 2012).
Stappenplan voor Bio-Inspired Design
Om bio-inspired design toe te passen kun je de volgende vier stappen volgen. Bij elke stap is een voorbeeld uitgewerkt (Roozenburg en Eekels 1998).
1. Probleemstelling formuleren
- Hoe kun je een omgeslagen catamaran op volle zee oprichten?
2. Directe analogieën vinden in de natuur
- Een tor op z'n rug.
- Het evenwichtssysteem van een vis.
- Evenwichtsorganen.
3. Analyseren van de gevonden analogieën
- Hoe richt een tor zich op? Hij maakt gebruik van zijn rugschilden.
- Een vis maakt soms gebruik van een soort intern blaasbalgje.
- Gewichtsverplaatsing via het evenwichtsorgaan houdt een dier onder alle omstandigheden overeind.
4. Force fit: Vertalen van de analogieën naar je ontwerpprobleem
- Hoe vertaal je het oprichtend vermogen van een tor naar de mogelijkheid om een omgeslagen catamaran overeind te krijgen? Bijvoorbeeld door de mast plus het zeil beweegbaar te construeren, zodat de weerstand in het water gebruikt kan worden.
- Hoe vertaal je het idee van de blaasbalg naar de mogelijkheid om een omgeslagen catamaran overeind te krijgen? Bijvoorbeeld door het zeil in opblaasbare compartimenten te verdelen. Bij een bepaalde hellingshoek van het schip worden deze automatisch opgeblazen. Voor het oprichten wordt gebruik gemaakt van de golfbewegingen.
- Hoe vertaal je gewichtsverplaatsing en evenwichtswaarneming naar de mogelijkheid om een omgeslagen catamaran overeind te krijgen? Bijvoorbeeld met een hellingcorrector: de hellingshoek wordt waargenomen en omgezet in een tegengestelde beweging van de massa van het schip.
Meer Inspiratie
Op AskNature.org kun je nog veel meer inspiratie vinden. Hier worden verschillende voorbeelden uit de natuur uitgelegd en geanalyseerd.