Autohersteller kopieren menschliche Knochen, um leichtere Autos zu bauen

Flickr / Adrian BarnesDas menschliche Skelettsystem ist eine Struktur Millionen von Jahren im Entstehen, bestehend aus Knochen, die alle Belastungen und Belastungen eines laufenden oder sich verformenden menschlichen Körpers mit optimaler Effizienz bewältigen. Und Autohersteller wollen die Geheimnisse unserer Knochen stehlen.

Vielleicht haben Sie schon von Biomimikry gehört, einem Sammelbegriff für Projekte, in denen Wissenschaftler und Ingenieure versuchen, die Talente von Pflanzen oder Tieren zu kopieren, die die Natur über die Äonen hinweg verfeinert hat. In diesem Fall, der Technologie für Knochenwachstum, beeinflusst die Natur das Design: Die Hersteller versuchen, das Knochenwachstum zu kopieren, um haltbarere Strukturen und leichtere Fahrzeuge zu bauen, die einen besseren Kraftstoffverbrauch erzielen.

"Wir begannen nachzuahmen, wie der Körper Knochen bildet und wie er Material in Reaktion auf seine Umgebung abbaut", sagt Jeff Brennan, Biomedizin- und Maschinenbauingenieur und Chief Marketing Officer bei Altair Engineering, einem Software- und Beratungsunternehmen. "Folgen Sie einem Optimierungsalgorithmus", fährt Brennan fort. "Wenn wir das quantifizieren können, können wir auf die gleiche Weise künstliche Strukturen aufbauen."

Als Altair noch ein kleines Unternehmen mit Sitz in Michigan war, bevor der Umsatz Hunderte von Millionen erreichte, leitete Brennan die Entwicklung von OptiStruct, der Software, mit der künstliche Strukturen mit der Natur verschmolzen werden können. Das Programm funktioniert wie andere Industriedesignsoftware, bietet jedoch Lösungen mit mehr Kurven und weniger Kanten.

Stellen Sie sich eine 3D-Box vor: Sie beschreiben den Raum, in dem Sie arbeiten, fügen virtuell Bedingungspunkte hinzu und wenden Lasten an. Dann übernimmt OptiStruct und beginnt mit der Ausführung von Simulationen wie Evolution im Schnellvorlauf, um die effizienteste Struktur zu finden, die diesen Belastungen standhält.

"Stellen Sie sich vor, die Schachtel ist voller Löcher, wie Schweizer Käse, und alle Löcher sind gleich groß und gleichmäßig verteilt", sagt Brennan. "Der Optimierungsalgorithmus sagt, dass ich in diesem einen Bereich mehr Material benötige, also werde ich die Löcher verkleinern, und in diesem anderen Bereich ist es nicht sehr belastet, also werde ich die Größe der Löcher erhöhen." Nachdem die Simulation 10- bis 50-mal ausgeführt wurde, verbleibt eine 3D-Simulation der Lastpfade und eine optimierte Struktur, die den Ingenieuren die effizienteste Art der Lastunterstützung zeigt.

OptiStruct ist nichts Neues. Das Projekt begann 1992 und seitdem wurde die Software optimiert und verbessert. Erste Kunden waren die drei großen Automobilhersteller. GM hat OptiStruct eingesetzt, um das Design der Antriebsstranghalterungen bei Oldsmobile Auroras und Cadillacs zu verbessern. In den späten 90er Jahren nahmen europäische Autohersteller wie Opel, Renault und Fiat die Software aggressiv in ihre Designs auf. Jetzt nutzen mehr Hersteller, darunter BMW, Honda, Toyota und Volkswagen, OptiStruct.

Eine Volkswagen-Antriebsstranghalterung für die Lichtmaschine, den Klimakompressor und die Lenkungspumpe, die mit OptiStruct entwickelt wurde.

Warum der plötzliche Ansturm auf Biomimikry? Die Antwort ist ziemlich einfach und leicht. Weniger Pfund bedeuten besseres mpg, und so reduzieren die Autohersteller das Gewicht neuer Fahrzeuge, um die strengen künftigen Vorschriften zum Kraftstoffverbrauch zu erfüllen. Die Algorithmen von OptiStruct könnten den Autoherstellern helfen, weniger Stahl oder Aluminium zu verwenden, was ein leichteres Fahrzeug bedeutet.

Altair hat auch die Biomimik in der Luft- und Raumfahrtbranche eingeführt. In einem Beispiel arbeitete das Unternehmen mit Airbus zusammen, um etwa 1100 Pfund aus dem Rippenflügelpaket des A380 zu entfernen, was einer Gewichtsreduzierung von fast 40 Prozent entspricht. David Mason, Vizepräsident von Global Automotive bei Altair, sagt, dass die Unternehmen der Unterhaltungselektronik die Software auch für Falltests und Leichtbau einsetzen, bei denen 1 Gramm Kunststoff in mehr als 1 Million Geräten einen großen Unterschied ausmachen kann. Altair arbeitet außerdem mit Edison2, dem Gewinner des X-Prize 2010, und Elio Motors, den Entwicklern des dreirädrigen Elio mit 84-mpg, an alternativem Autodesign.

Für Brennan kann die Technologie des menschlichen Knochenwachstums nur der Anfang sein: "Sie müssen sich sagen, ist unsere Struktur die beste?" Er verweist auf andere natürliche Strukturen wie Bäume und Spinnennetze, die ebenfalls stark und leicht sind. "Wenn du etwas lernst", sagt Brennan, "merkst du, wie wenig du weißt."

Schau das Video: 190th Knowledge Seekers Workshop - Sept 21, 2017 (Juni 2019).