Crashkurs für Lehrkräfte
Was ist Bionik?
Der Begriff Bionik setzt sich aus den Wörtern Biologie und Technik zusammen. In der Bionik beobachten Forschende Tiere, Pflanzen oder andere Vorgänge in der Natur und überlegen, wie sich deren Eigenschaften oder Funktionen für technische Entwicklungen nutzen lassen. Die Natur dient dabei als Vorbild für neue Erfindungen und hilft dabei, technische Probleme zu lösen.
Viele Lebewesen haben sich über Millionen von Jahren an ihre Umwelt angepasst. Dadurch sind oft besonders effiziente, stabile oder energiesparende Lösungen entstanden. Diese Lösungen versuchen Ingenieurinnen und Ingenieure auf technische Produkte zu übertragen.
Ein bekanntes Beispiel ist das Flugzeug. Bei seiner Entwicklung dienten Vögel als Vorbild, da ihre Flügel einen kontrollierten Flug ermöglichen. Auch der Klettverschluss entstand durch die Beobachtung der Natur. Die Früchte der Klette besitzen kleine Haken, mit denen sie an Fell oder Kleidung haften bleiben. Nach diesem Prinzip wurde der Klettverschluss entwickelt.
Bionik findet heute in vielen Bereichen Anwendung, zum Beispiel in der Robotik, der Medizin, der Architektur oder der Fahrzeugtechnik. Ziel ist es, von den bewährten Lösungen der Natur zu lernen und daraus innovative, nachhaltige und effiziente technische Entwicklungen zu schaffen
FESTO's Bionik für den Unterricht
Wie im Video schon gesehen, stellt das Unternehmen Festo Robotik und Automatisierungstechnik für die Industrie her. Im Bereich Festo Didactic wurden zusätzlich verschiedene Tools für den Unterricht entwickelt, mit denen Schülerinnen und Schüler lernen können, wie bionische Prinzipien in der Industrie eingesetzt werden.
Als erstes wird dabei die Bionic Flower im Digital.Point angeboten. Dabei handelt es sich um eine mechanische Blume, die programmiert und gesteuert werden kann. Durch ihre Sensorik imitiert sie nicht nur eine, sondern gleich zwei Blumen aus der echten Welt: die Seerose und die Mimose. Wie die Seerose öffnet und schließt die Bionic Flower ihre Blüten abhängig von den Lichtverhältnissen. Gleichzeitig kann sie auf Berührungen und Bewegungen reagieren, ähnlich wie die Mimose, deren Blätter sich bei einer Berührung schließen.
Das Bionic Kit zeigt, wie Bionik in der Industrie eingesetzt wird, um das Problem des Greifens zu lösen. Dabei werden verschiedene Vorbilder aus der Natur genutzt, um technische Greifsysteme zu entwickeln, die unterschiedliche Objekte sicher aufnehmen und bewegen können.
Die FESTO Bionics Produkte |
PDF Download |
Youtube tutorial |
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Bionic Flower |
Die Bionic Flower ist eine von  der Pflanzenwelt inspirierte Roboterblume. Sie öffnet und schließt ihre Blütenblätter aufgrund externer Einwirkungen wie Näherung oder Licht. Diese Wirkmechanismen sind mit Sensorik und Aktorik nachgebildet und können auf spielerische Art und Weise von Schülern im Unterricht erlernt werden. |
210112_b4e_bionic_flower_instructions.pdf | https://youtu.be/dHxFzxXtcTQ?si=VnklrcARGjHCPGRe |
Bionic Kit: GreifenRoboter und Maschinen sind Menschen heute in vielen Dingen überlegen. Von jeher war der Mensch jedoch anderen Tieren und auch der Elektronik darin überlegen, greifen zu können und so unterschiedlichste Objekte sanft hochzuheben, an andere Orte zu bringen, zu schrauben oder Ähnliches zu tun. Doch die Industrie hat sich im Tierreich unterschiedliche Methoden abgeschaut, um Arm und Hand des Menschen so gut es geht zu ersetzen und so Roboter zu bauen, die den Menschen in einigen Belangen ersetzen können. |
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Bionic Elephant |
Der Elefant nutzt seinen Rüssel auf vielfältige Weise. Die Aufnahme von Nahrung und Wasser kann nur mit seiner Hilfe erfolgen. Gras wird mit dem Rüssel umklammert, herausgerissen und zum Maul geführt. Der Elefantenrüssel zeichnet sich durch eine flexible und nachgiebige Balgstruktur aus. Er besteht aus etwa 40.000 Muskeln und ist ein wahres Wunderwerkzeug. Längs und quergestreifte Muskeln machen den Rüssel stark und beweglich, er wird zum Atmen, Greifen, Riechen, Saugen und Tasten benutzt. Der bionische Elefantenrüssel ist Grundlage vieler Greifarme in der Industrie, da er sich frei und präzise in alle Richtungen bewegen kann und so auch empfindliche oder unregelmäßig geformte Objekte sicher greifen kann, |
Bauanleitung_Elephant_Deutsch.pdf | https://youtu.be/QJBCVCL8xMA?si=yXv-kYpE5EdjOGOd |
Bionic Chamäleon |
Das Chamäleon ist dafür bekannt, sich durch Farbwechsel an seine Umgebung anzupassen. Aber auch die Zunge des Chamäleons hat ein paar Funktionen, die für die Industrie interessant sind. Das Chamäleon kann verschiedenste Insekten fangen, indem sich seine Zunge über die jeweilige Beute stülpt und sie sicher umschließt. Die Industrie nutzt dieses Prinzip, um unterschiedlichste Objekte formschlüssig zu greifen. Mit seiner elastischen Silikonkappe kann er sogar mehrere Gegenstände in einem Greifvorgang aufnehmen und gesammelt ablegen, ohne dass ein manueller Umbau notwendig ist. | Bauanleitung_Chameleon_Deutsch-5.pdf | https://youtu.be/bcOtdZg_JeA?si=LsaScsECdPFriFt7 |
Bionic Fish |
Fische sind an ihre Umgebung ebenso angepasst wie Elefant und Chamäleon. Für die Industrie wird dabei der Flossenstrahleffekt genutzt, der bei den Schwanzflossen von Knochenfischen entdeckt wurde. Diese verbiegen sich, wenn Druck auf sie ausgeübt wird, nicht wie erwartet. Anstatt der Druckkraft auszuweichen, biegt sich die Flosse in Richtung der Kraft. Diese zunächst überraschende Eigenschaft ermöglicht den Fischen eine sehr effiziente Kraftübertragung im Wasser. Für die Industrie ermöglicht dieser Effekt eine weitere Version von Greifarmen, die ebenso wie die Chamäleon-Zunge unterschiedlichste Objekte greifen können. | Bauanleitung_FISH_Deutsch.pdf | https://youtu.be/HH4b1IzyqA0?si=gtH4NPqZG3X6C0WU |
Die Bionic Flower wird über ein USB Kabel mit Strom versorgt. Wenn Sie die Flower nicht über einen PC anschließen wollen finden sie im Digital.Point USB-Adaper zum Ausleihen.
Die Bionic Kit Tools werden mit Batterien versorgt. Prüfen sie ob die beigelegten Batterien voll sind. Ansonsten finden sie weitere im Digital.Point. Wenn Batterien leer sind geben sie das bitte bei der Abgabe im Booking-Tool an.
FESTO Produkte Steuern |
Steuern mit dem Smart Phone oder Tablet
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Die Bionic Flower mit Sensoren Steuern |
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Die Bionic Flower lässt sich außerdem mit den beiden Sensoren steuern, um so wie ihre Vorbilder auf Sonne und Berührung zu Dazu müssen die beiden Sensoren nur über das beigelegte Kabel an das Mainboard der Flower angeschlossen werden. Nun können Sie in der Webapp über die drei Striche oben links auf "Automatisch" umstellen. Jetzt wird die Flower durch die Sensoren gesteuert. Dabei können Sie die Schwellenwerte der Sensoren eigenständig einstellen. |
reagieren.
Programmieren mit Open-Roberta |
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Die Bionic Flower kann über Open Roberta eigenständig programmiert werden. Dazu nutzt das open Roberta lab blockprogrammierung analog zu scratch und co. ==> Tutorial
Schritt 1: Open Roberta Connector installieren: Laden sie folgende datei runter und installieren Sie den Connector: connector (4).zip Schritt 2: Einrichten des Open Roberta Connector
Schritt 3: Anschließen der Bionic Flower
Schritt 4: Einrichten der Umgebung des Open Roberta Lab
Schritt 5: Hochladen des Codes auf die Bionic flower Nun kann gecodet werden, dazu schieben
Wenn du fertig bist, dann Klicke auf den Pfeil unten rechts.
Treiber für Bionics 4 Education: CDM21228_Setup.zip Open Robertta Lab: Open Roberta Lab Nähere Informationen dazu findne sie unter folgendem Link: Vorbereitung Bionics4Education - Open Roberta Wiki - Fraunhofer IAIS Confluence |
Aufgabe: |
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Arbeitsblatt_Photosynthese.pdf |
