Биомимикрия в транспортных системах: природа вдохновляет инженеров Altair на разработку передовых технологий

Биомимикрия – область инженерного дела, в которой идеи для создания устройств, приборов, механизмов или технологий заимствуются у живой природы. Оригинальные конструкции застежки-липучки, законцовки крыла самолета, инновационные материалы для фильтрации воды и связующие – все эти инженерные находки обнаружены при изучении природных феноменов.

«Само по себе заимствование применялось с давних времен: попытки изготовления конструкций по примеру природных были описаны еще в древнегреческих мифах, однако пионером в этой области считается Леонардо да Винчи, интересовавшийся техникой птичьего полета с целью создания устройства для передвижения в воздухе. Принципы биомиметики неоднократно применялись в архитектуре, к примеру, при создании таких сооружений, как Эйфелева башня, прототипом которой послужила структура бедренной кости, и храм Святого Семейства в Барселоне (арх. Антонио Гауди), а также в сложном машиностроении, медицине, легкой промышленности и многих других отраслях. В последнее время специалисты из самых разных областей все чаще обращаются к живой природе в поисках оптимального решения.

Футуристический проект компании Airbus

Технологии бионического дизайна, основанные на принципах биомимикрии, призваны решить одну из актуальных задач-вызовов – создание по сходным принципам сложных конструкций и технических систем, оптимальных с точки зрения множества зачастую конфликтующих критериев (размеры, форма, вес, прочность, характеристики устойчивости, долговечности и износостойкости, стоимость изготовления и т.д.). При этом оптимальные конструкции важно получить за время, в миллионы раз меньшее по сравнению с эволюцией, что достижимо только при помощи технологий компьютерной оптимизации.

Сегодня технологии компьютерной оптимизации и компьютерного моделирования тесно вплетены в процесс проектирования конструкций, более того, они становятся основой, а затем и драйвером проектирования в промышленности» (Боровков, А.И. Бионический дизайн / А.И. Боровков, В.М. Марусева, Ю.А. Рябов, Л.А. Щербина. – СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2015. – 92 c.).

Исследования клюва зимородка помогли создать высокоскоростной японский поезд Shinkansen

Компания Altair Engineering, Inc. – один из мировых лидеров на рынке программных систем компьютерного инжиниринга и разработчик универсальной платформы HyperWorks, предназначенной для решения мультидисциплинарных задач, включая задачи оптимизации, – приняла участие в торжественном открытии выставки «Inspiring Nature, inspired Technology: Biomimicry and Transportation» в Музее изобретений Жозефа-Армана Бомбардье (г. Валькорт, Канада).

Воплощенные в жизни технологии Altair наглядно представлены в экспозиции Музея изобретений Жозефа-Армана Бомбардье в Валькорте (Канада)

Среди экспонатов выставки – примеры оптимизированных с помощью программных систем Altair изделий и конструкций, в основе разработки которых лежат принципы биомимикрии, а центральное место в экспозиции выставки заняла модель силового каркаса автомобиля, которая была спроектирована и оптимизирована с применением программных продуктов Altair OptiStruct, RADIOSS и solidThinking Inspire.

Бионический автомобиль компании Mercedes-Benz (Bionic car)

Платформа HyperWorks, разработанная Altair Engineering, включает в себя препроцессоры для создания расчетных моделей объектов и сборок, генерирования 2D и 3D конечно-элементных сеток, ряд решателей задач прочности, линейной и нелинейной динамики, теплопроводности, гидроаэродинамики, электромагнетизма, расчета композитных конструкций, моделирования краш-тестов и дроп-тестов, программы моделирования производственных процессов (экструзия, штамповка, литье) и ряд постпроцессоров для обработки полученных результатов и автоматизированного создания отчетов. Также платформа HyperWorks включает в себя программные системы многокритериальной топологической оптимизации как изотропных материалов, так и анизотропных конструкций (созданных технологией 3D-печати из анизотропного порошка) и композитных структур.

Заместитель директора по развитию аддитивных технологий ИЦ ЦКИ Е.В. Белослудцев демонстрирует напечатанную на 3D-принтере с учетом принципов бионического дизайна оптимизированную опору РКП для автомобиля премиум-класса

Помимо этого передовые компьютерные технологии оптимизации Altair/solidThinking позволяют инженерам проводить анализ концептуальных структур и конструкций, спроектированных на принципах биомимикрии. Уникальность процесса заключается в том, что программа, анализируя нагрузки, которым подвергается объект в процессе реальной эксплуатации, убирает из конструкции весь лишний материал.

Посетители уникальной выставки Музея изобретений смогут воочию увидеть то, как природа вдохновляет инженеров на использование передовых технологий при разработке транспортных средств, открыть для себя около 30 природных экспонатов и технологических объектов, созданных природой и человеком на общих принципах биомеханики, а также более подробно изучить устройство демонстрируемых концептов на интерактивных панелях.

«Для Altair – удовольствие и честь сотрудничать с Музеем изобретений Жозефа-Армана Бомбардье, а также принимать участие в подготовке выставки инновационных изобретений, навеянных природой и биомимикрией, – отметил Боб Литтл, управляющий директор Altair Engineering Canada. – Программные решения Altair для проектирования на базе цифрового моделирования и оптимизации дают возможность нашим заказчикам разрабатывать принципиально новый и эффективный дизайн в кратчайшие сроки».

Футуристический концепт самолета Airbus

«На сегодняшний день в условиях глобализации рынков, высокой конкуренции, а также стремительного развития технологий, наукоемких инноваций и появления сверхсложных задач-вызовов целесообразно сосредоточить усилия на том, чтобы переосмыслить подходы к проектированию и созданию глобально конкурентоспособной продукции за счет развития передовых производственных технологий и использования бионического дизайна, основанного на принципах биомимикрии, во всех отраслях промышленности. Стоит отметить, что в России имеются заделы мирового уровня, в первую очередь в области цифрового проектирования и моделирования, которые могут быть основой для создания новых оптимальных конструкций, легких, прочных и надежных изделий и последующего развития технологий бионического дизайна» (Боровков, А.И. Бионический дизайн / А.И. Боровков, В.М. Марусева, Ю.А. Рябов, Л.А. Щербина. – СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2015. – 92 c.).

---