ções da Natureza Paulo Bártolo e Nuno Alves

Transcrição

1 4º Seminário da Mecânica - 08 de Maio de 2002 BIOMIMÉTICA: Liçõ Paulo Bártolo e Nuno Alves Departamento de Engenharia Mecânica, Escola Superior de Tecnologia e Gestão, Leiria

2 A pintura mais valiosa é aquela que melhor se aproxima do que imita Leonardo da Vinci (Leonardo di ser Piero da Vinci)

3

4

5

6 SABER Teoria do conhecimento

7 Optimização estrutural/design mecânico adaptativo:

8 Movimentos sem músculos: Materiais Estruturas Fontes de energia Sensores Sistema de mini-actuadores hidráulicos

9 Sistemas de rigidez variável:

10 Freiburg Materials Research Centre Nanotecnologia

11 Exemplos: VELCRO George de Mestral (Suiça, 1955)

12 Exemplos:

13 Exemplos:

14 Exemplos: Grande espiral, Nobuaki Furuya Torre biónica, Juan Pioz

15 Exemplos: Folha do Lótus: limpeza automática

16 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

17 Computacional Materiais Universo Biomimético ESTG Design

18 Research methods Eco-design Knowledge based systems The wheal of design Network systems Virtual design Rapid prototyping Participação em duas redes internacionais: Bionics Sustainable Design

19 MATERIAIS: Novos materiais poliméricos Tecidos poliméricos Compósitos com fibras naturais

20 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

21 TECIDOS POLIMÉRICOS: Tecidos/Órgãos Pele Ossos Cartilagens Tendões e Ligamentos Vasos sanguíneos Pâncreas Pacientes nos Estados Unidos Nerem, R.M., Proc. Instn. Mech. Engrs., 214, 95-99, 2000

22 Biomimética visual:

23 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.

24 PERCEPÇÃO VISUAL : Olho Mundo Objectos Cérebro Estímulo Visual Mensagens Neuronais A percepção visual pode ser organizada em três regiões diferentes: O mundo físico dos objectos O estímulo visual, que dá origem aos eventos visuais O cérebro

25 VISÃO a óptica do olho humano: A relação existente entre o comprimento focal f da lente e as distâncias do objecto e da sua imagem é: (1/d 0 ) + (1/d i ) = (1/ f) onde d o e d i são as distâncias da lente ao objecto e à sua imagem, respectivamente.

26 IMPLEMENTAÇÃO COMPUTACIONAL: Objectos existentes Fotos digitais Sistema de modelação baseado em imagens Calibração da Camera Associação dos dados digitais binocular stereopsis Análises estrutural, térmica e dinâmica usando códigos de elementos finitos Camera fotográfica Reconstrução tridimensional a partir de fotos bidimensionais Geração de malha de triângulos (.STL) Geração de réplicas físicas, do modelo computacional, usando sistemas de prototipagem rápida Sistema CAD

27 Calibração da camera: A calibração da camera consiste de um plano chamado plano retinal ou plano de imagem no qual a imagem é formada através de uma operação chamada projecção perspectiva. X Centro de projecção Coordenadas Imagem I p x p Sistema de coordenadas do objecto de calibração p y Μ Centro Imagem Z 1 OBJECTO P X 1 Y 1 Eixo óptico Z Plano retinal ou plano imagem Y

28 Binocular stereopsis: P 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. X e C e Imagem esquerda Y e p e e e Plano Epipolar Z e Z d e d Imagem direita p d X d C d Y d Geometria Epipolar

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38 Objecto Fotos 2D Sistema de modelação baseado em imagens Processo proposto Sistemas FEM CMM ou digitalização Laser Sistemas CAD Sistemas RP Processo de engenharia inversa convencional Re-design do objecto existente

39 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, este software 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.