BIOMIMÉTICA: Lições da Natureza - DEM ESTG Leiria · 2018. 6. 8. · 4º Seminário da Mecânica - 08 de Maio de 2002 BIOMIMÉ. TICA: Li. ções da Natureza. Paulo Bártolo e Nuno

4º Seminário da Mecânica - 08 de Maio de 2002

BIOMIMBIOMIMÉÉTICA: LiTICA: Liçõções da Naturezaes da Natureza

Paulo Bártolo e Nuno AlvesDepartamento de Engenharia Mecânica, Escola Superior de Tecnologia e Gestão,

Leiria

BiomimBiomimééticatica: Li: Liçõções da Naturezaes da Natureza

A pintura mais valiosa é aquela que melhor se aproxima do que imita

Leonardo da Vinci(Leonardo di ser Piero da Vinci)





SABER

Teoria do conhecimento


Optimização estrutural/design mecânico adaptativo:


Movimentos sem músculos:

• Materiais

• Estruturas

• Fontes de energia

• Sensores

Sistema de mini-actuadores hidráulicos


Sistemas de rigidez variável:


Freiburg Materials Research Centre

Nanotecnologia


Exemplos:

VELCRO

George de Mestral (Suiça, 1955)


Exemplos:


Exemplos:


Exemplos:

Grande espiral, Nobuaki FuruyaTorre biónica, Juan Pioz


Exemplos:

Folha do Lótus: limpeza automática


Exemplos:Estrutura em

seda da aranha

BioSteel

Mais resistente que o seda natural mas menos flexível

(limitação de proteínas)

Introdução de genes da seda nas glândulas

mamárias de cabras Nexia Biotechnologies

http://www.nexia.com/

http://www.nexia.com/


Computacional Materiais

Design

Universo Biomimético

ESTG


Knowledgebased

systems

Networksystems

Researchmethods

Eco-design Rapidprototyping

Virtualdesign

The whealof design

Participação em duas redes internacionais:

• Bionics

• Sustainable Design


MATERIAIS:

• Novos materiais poliméricos

• Tecidos poliméricos

• Compósitos com fibras naturais


NOVOS MATERIAIS POLIMÉRICOS:

Devido às limitações das reservas de petróleo e aspectos de natureza ambiental, a obtenção de polímeros a partir de fontes naturais renováveis constitui uma importante área de investigação.

Ao contrário dos polímeros derivados do petróleo estes polímeros são baratos, ambientalmente bons e biodegradáveis.

Termoendureciveis com base em óleo de peixe


TECIDOS POLIMÉRICOS:Pacientes nos Estados

UnidosTecidos/Órgãos

1 360 000Vasos sanguíneos

728 000Pâncreas

123 000Tendões e Ligamentos

1 150 000Cartilagens1 340 000Ossos4 750 000Pele

Nerem, R.M., Proc. Instn. Mech. Engrs., 214, 95-99, 2000


Biomimética visual:


PROCESSO CONVENCIONAL DE ENGENHARIA INVERSA :Os métodos convencionais de construção de modelos CAD 3D, com base em objectos existentes, são particularmente laboriosos.

Estes métodos não são eficientes para gerar rapidamente modelos computacionais a partir de objectos existentes de grandes dimensões, quer no campo da engenharia mecânica, automóvel, ou arquitectural.

Os engenheiros, habitualmente, usam sondas de contacto ou sistemas de digitalização por laser para executarem tais trabalhos, no entanto, os sistemas referidos não são adequados para objectos de grandes dimensões.


PERCEPÇÃO VISUAL :

A percepção visual pode ser organizada em três regiões diferenteA percepção visual pode ser organizada em três regiões diferentes:s:

•• O mundo físico dos objectosO mundo físico dos objectos

•• O estímulo visual, que dá origem aos eventos visuais O estímulo visual, que dá origem aos eventos visuais

•• O cérebroO cérebro

Cérebro

Mensagens NeuronaisEstímulo Visual

Objectos

MundoOlho


VISÃO – a óptica do olho humano:A relação existente comprimento focal f da as distâncias do objecto sua imagem é:

(1/d0) + (1/di) = (1/

onde do e di são as da lente ao objecto imagem, respectivamente.

entre o lente e

e da

f)

distâncias e à sua


IMPLEMENTAÇÃO COMPUTACIONAL:

Objectos existentes

Fotos digitais

Camerafotográfica Geração de réplicas

físicas, do modelo computacional,

usando sistemas de prototipagem rápida

Análises estrutural, térmica e dinâmica usando códigos de elementos finitos

Calibração da Camera

Associação dos dados digitais

“binocular stereopsis”

Reconstrução tridimensional a partir de fotos bidimensionais

Geração de malha de triângulos (.STL)

Sistema de modelação baseado em imagens

Sistema CAD


Calibração da camera:OBJECTO

Y

×

Z

P

ℑ

Eixo ópticoX

Plano retinal ou

plano imagem

×

Centro Imagem

p

Coordenadas Imagem

Centro de projecção

pxpy

X1Y1

Z1Μ

Sistema de coordenadas do objecto de calibração

×

A calibração da cameraconsiste de um plano chamado plano retinal ou plano de imagem no qual a imagem é formada através de uma operação chamada projecção perspectiva.


Binocular stereopsis:

O processo de reconstrução designado por binocular stereopsis, executado pelos humanos, é simulado através da geometria epipolar, que descreve a relação existente entre duas imagens.

Yd

Ze

Zd

P

pepd

ee edCe Cd

Imagem esquerda Imagem

direita

Plano Epipolar

Xe

Ye

Xd

Geometria Epipolar











Processo proposto

Processo de engenharia inversa convencional

Sistemas CAD

Sistemas RP

Sistemas FEM

Re-design do objecto existente

CMM ou digitalização

Laser

ObjectoFotos

2D

Sistema de modelação baseado

em imagens


Conclusões:

• Este trabalho de investigação representa um estádio inicial de uma nova ferramenta computacional para gerar rapidamente modelos computacionais de objectos existentes.

• O software replica o processo de visão humana e assenta em técnicas de modelação baseadas em imagens.

• Até agora, apenas os módulos, calibração da camera e associação de dados digitais, têm sido alvo de desenvolvimento. No entanto, estesoftware será futuramente desenvolvido no sentido de constituir uma ferramenta computacional muito robusta, versátil e flexível, tornando possível efectuar redesign, simulação e optimização de objectos existentes, de grandes dimensões, sem suporte CAD.

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