«Бионика – 60 лет. Итоги и перспективы»: Алексей Боровков представил современные подходы и тренды бионического дизайна на международной научно-практической конференции по бионике

17 декабря 2021 года состоялась первая международная научно-практическая конференция «Бионика – 60 лет. Итоги и перспективы» (БИОНИКА-2021), ключевым докладчиком которой выступил проректор по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), руководитель Научного центра мирового уровня СПбПУ «Передовые цифровые технологии», Центра компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии» и Инжинирингового центра (CompMechLab^®) СПбПУ Алексей Боровков.

Конференция охватила ряд актульных проблематик прикладной науки, которые были рассмотрены в рамках тематических секций:

Секция №1. Бионика теоретическая (математическая), включая биоинформатику, биокибернетику, философско-методологические вопросы бионики, базы данных биологических эффектов.

Секция №2. Бионика биологическая (бионика прототипов) или протобионика, включая работы по исследованию биологических объектов с целью выявления «иженерных технологий живых систем».

Секция №3. Бионика экологическая или экобионика, включая работы по экобионике в концепции Ю.Т. Каганова, архитектурно-строительной бионике, сельскохозяйственной бионике, инженерно-экологической или природоустроительной бионике, средового бионического дизайна.

Секция №4. Бионика гуманитарная (бионика социально-гуманитарных технологий) или социобионика, включая работы, в которых бионические методы применяются в области биосемиотики, биоэкономики и управления, социологии, педагогики, психологии, бионического дизайна в искусстве и других гуманитарных сферах.

Секция №5. Бионика техническая (бионика инженерных технологий) или технобионика, включая работы по исследованиям и разработкам с преобладающей инженерной долей – конкретные «кейсы» бионических решений в технике.

Открывая работу конференции, директор Института машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Виктор Глазунов отметил актуальность мероприятия, которое позволяет не только ознакомиться с уже имеющимся опытом отечественных и зарубежных ученых, но и обменяться идеями о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формах живого в природе и их промышленных аналогах. Спикер также обратил внимание на проблему экологии, остро стоящую на повестке дня в современном мире.

С докладом на тему «Бионический дизайн» выступил Алексей Боровков, в ходе которого подробно рассказал об одноименном докладе, выпущенном ещё в 2015 году Инжиниринговым центром «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab^®) СПбПУ и посвящённом использованию бионических принципов в проектировании инженерных конструкций:

• «Издание содержит аналитические материалы по актуальному тренду технологического развития на современном этапе – использованию бионических принципов в процессе проектирования продуктов нового поколения.
  Рассмотрены понятия «бионика», «биомиметика» и «биомимикрия».
  Впервые в литературе дается определение бионического дизайна (Simulation & Optimization)-Driven Bionic Design как принципиально нового подхода к проектированию и созданию «best-in-class» оптимизированных конструкций в результате конвергенции и синергии двух глобальных трендов – стремительного развития компьютерного инжиниринга, включая технологии оптимизации, и аддитивных технологий».

​

Алексей Боровков рассказал о традиционном (бионика, биомиметика, биомимикрия) и современном подходе – (Simulation & Optimization)-Driven Bionic Design.

Так, основой современного подхода является проектирование и производство глобально конкурентоспособной и кастомизированной / персонализированной продукции нового поколения на основе применения технологий компьютерного инжиниринга, технологий оптимизации (многопараметрической, многокритериальной, мультидисциплинарной, топологической и др.) и передовых производственных технологий, в первую очередь, аддитивных технологий, когда получаемые оптимальные «best-in-class» инженерные решения в некоторых случаях напоминают структуры, встречающиеся в живой природе.

• Важно, что множество оптимальных «best-in-class» инженерных решений значительно шире, чем множество природоподобных решений.

Алексей Иванович отметил, что стремительное развитие и объединение компьютерного инжиниринга и аддитивных технологий – глобальный тренд на основе синергии двух трендов. Спикер также подчеркнул, что аддитивные технологии позволяют производить оптимизированные сверхсложные изделия, которые раньше изготовить не представлялось возможным.

В качестве примеров разработок, основанных на принципах бионики, Алексей Боровков подробно остановился на проекте самолета, который Airbus планирует к выпуску в 2050 году: корпус самолета будет сконструирован по принципу птичьего скелета для большей прочности и лёгкости конструкции, а также комфорта пассажиров. Также спикер рассказал, что скелетоподобная структура бионически оптимизированных конструкций грузовика Power Entry Concepts EDAG (кабина, шасси) позволяет оптимально распределить нагрузки при минимальном весе.

Кроме того, Алексей Иванович проиллюстрировал процесс разработки лимузина Aurus, участие в котором принимали сотрудники Инжинирингового центра СПбПУ и ГК CompMechLab^®. Зона ответственности представителей СПбПУ в реализации данного проекта – разработка элементов каркаса кузова отечественных автомобилей на базе единой модульной платформы, предназначенных для перевозки и сопровождения первых лиц государства.

Так, например, Алексей Боровков отметил, что крышка багажника президентского лимузина Aurus имеет сходство с крыльями бабочки:

• «Благодаря совместному применению топологической и топографической оптимизации крышка багажника имеет минимальный вес при сохранении всех необходимых эксплуатационных характеристик – комбинация, которая часто встречается в живой природе. В данном случае, можно заметить явное сходство с крыльями бабочки».

Спикер также подробно рассказал о передовых технологиях проектирования каркаса кузова бионического автомобиля CML-CAR, которые были применены в процессе бионического дизайна. Мультидисциплинарная оптимизация каркаса кузова должна соответствовать и должна быть выполнена для расчетных случаев, каждый из которых обусловлен конкретными высокими требованиями к автомобилю (жесткостные и прочностные характеристики, собственные частоты кузова, интерфейсные точки каркаса, виброакустический комфорт, поведение кузова при краш-тестах – пассивная безопасность,  эксплуатационные нагрузки и многие другие).

В продолжение темы Алексей Боровков представил ряд других проектов в интересах индустриальных партнеров, в числе которых разработка цифрового двойника начальной стадии ядерного цикла в части ТВС-К PWR и ТВС ВВЭР.

В ходе пленарной сессии участники – выдающиеся ученые и исследователи в области бионики – рассмотрели этапы бионической самоорганизации, онтологию бионики и ее новые горизонты, кроме того, были проиллюстрированы дизайн перспективных объектов и вещей на основе бионических технологий и бионический подход в структурах умных электромеханических систем.