01/2009

Tribologie im Dünensand
I. Rechenberg, S.Zimmermann and A. Regabi El Khyari
Technische Universität Berlin Fachgebiet: Bionik und Evolutionstechnik
M. Zwanzig
FhG-IZM
 

Scincus albifasciatus, ein Sandfisch der Sahara, besticht durch sein äußerst glatt und glänzend erscheinendes Schuppenkleid. Das Erscheinungsbild dieses Untersandschwimmers spiegelt die Tatsache wider, dass Reibung und Abrieb an den blanken Schuppen evolutiv minimiert wurden. Unter dem Elektronenmikroskop lässt sich ein Muster von Schwellen erkennen, die quer zur Strömung des Sandes verlaufen. Experimente zeigen: Die Mikroschwellen dienen als Abstreifkämme für den Wüstenstaub, der die Sandkörner überzieht. Die von schmirgelnden Staubpartikeln befreiten Sandkornflächen gleiten so mit kleiner Reibung und fast ohne Abrieb über die Schwellenstruktur.
Vom Fraunhofer IZM Berlin wurde in eine PVC-Testfläche eine 1 cm^2 große dem Sandfisch ähnliche Struktur eingeformt. Rieselt Sand über die Fläche markiert sich der Schwellenbe- reich deutlich durch die höhere Sandgleitgeschwindigkeit. Da das PVC-Material zu weich ist, besitzt die synthetische Schuppe allerdings noch nicht die Standfestigkeit des Originals.


01/2008

Entwicklung, evolutionsstrategische Optimierung und einsatznahe Vermessung einer neuartigen Propellerform (Bionik-Propeller) für die Anwendung im Schiffbau
M. Schmid, F. Lumpitzsch
Technische Universität Berlin Fachgebiet: Bionik und Evolutionstechnik
R. Schulze
SVA-Potsdam GmbH
 

Das Gesamtziel des Verbundvorhabens bestand in der Übertragung von bionischen Lösungen in die Gestalt und Struktur von Gusserzeugnissen aus Kupferlegierungen. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Anwendung bionischer Erkenntnisse auf die Gestaltung und Bauweise von Schiffspropellern, womit der Wirkungsgrad der Propeller verbessert und der Materialeinsatz minimiert werden soll.
Die speziellen Ziele des Projektbeitrages der TU Berlin bestanden darin, gemeinsam mit praxiserfahrenen Propeller- und Schiffbauexperten die strömungsdynamischen Berechnungsgrundlagen für die vom Vogelflug abgeleitete innovative Propellerkonstruktion des Loop- bzw. Bionikpropellers weiter zu entwickeln und eine neuartige Simulations- und Entwicklungsumgebung zu erstellen. Ein wesentlicher innovativer Ansatz bestand hier insbesondere in der Integration der Evolutionsstrategie in den Entwurfsprozess.
 


 

03/2001

Genetisches Programmieren für Modellierung und Regelung dynamischer Systeme - GEPROG -
F. Lohnert ;A. Schütte J. Sprave
DaimlerChrysler AG Forschung und Technologie FT3/AI
I. Rechenberg; I. Boblan; U. Raab; I. Santibáñez Koref
Technische Universität Berlin Fachgebiet: Bionik und Evolutionstechnik
W. Banzhaf; R. Keller; J. Niehaus; H. Rauhe
Informatik Centrum Dortmund e.V.

Genetische Programmierung (GP) wurde ursprünglich entwickelt, um durch Nachahmen der natürlichen Evolution Programme zu generieren, die eine jeweils vorgegebene Aufgabe lösen. Als Programmiersprachen wurden zunächst kleine Untermengen von Sprachen gewählt, mit denen leicht maschinell gültige Programme erzeugt werden konnten. Dies war nötig, damit die Variation von Zwischenlösungen durch simulierte Mutation und Rekombination keine allzu starken Strukturbrüche erzeugten.
Ziel des Projekts GEPROG war es, ein auf Genetischer Programmierung und Evolutionsstrategien basierendes Verfahren zu entwerfen, das für ein gegebenes Problemfeld, der Modellierung nichtlinearer dynamischer Systeme und der Reglersynthese für nichtlineare Strecken, Lösungen in einer praxisrelevanten Darstellung generiert. Diese Lösungen sollten in einer für den Anwender interpretierbaren Form erzeugt werden, so daß dieser die Ergebnisse nachbearbeiten und wieder in den Optimierungsprozeß einspeisen kann.
Die Zielsprache des im Projekt entstandene Wergzeugs sind Blockschaltbilder für das Simulationssystem MATLAB/SIMULINK. Um einen hohen Grad an Interpretierbarkeit zu gewährleisten, wurde ein zweistufiges evolutionäres Verfahren entworfen, bei dem die von einem GP-Algorithmus vorgeschlagenen Strukturvarianten mittels einer Parameteroptimierung auf der Basis der Evolutionsstrategie nachoptimiert werden. Dadurch wurde das Prinzip der starken Kausalität (kleine Änderungen an der Darstellung einer Lösung bewirken mit hoher Wahrscheinlich auch nur kleine Änderungen seiner Qualität) umgesetzt, welches das Optimieren mit direkten Suchverfahren überhaupt erst sinnvoll macht.
Im Projekt wurde ein vollständiges Tool für diesen Einsatzzweck entwickelt und erfolgreich an industriellen Aufgabenstellungen erprobt. Zur Anwendung kommt das Verfahren insbesondere bei der datengetriebenen Modellierung, wenn ein nichtlinearer Zusammenhang anzunehmen ist, und bei der Generierung von Reglern für Strecken mit komplizierter oder einfach unbekannter Dynamik.


01/2003

Modelling and simulation of phototaxis and chemotaxis for control-ling of autonomic robots
Berengar Jahn
Technische Universität Berlin
FG Bionik und Evolutionstechnik

There is much research on optimal control of a single robot. This studies try to find be-haviours for a group of simple robots, by simulation of a group of similar acting robots in a bi-dimensional world. The robots had two problems to solve: Visiting a given world completely and finding a region by the help of a gradient. The robots solved the first problem by leaving a track and walking preferred to fields which were not already marked. They solved the second task with a taxis behaviour in which the they used tem-poral sensing..


02/2001

Quality Function for Parameter Optimisation of Dynamic Systems with Evolution Strategies
Sandra Hirche
Technische Universität Berlin
FG Bionik und Evolutionstechnik

We present a novel criterion for parameter tuning of dynamic systems. It fulfils the demand for Strong
Causality, and is therefore suitable for evolutionary optimisation. It is an extension of the known
integral criterion ITSE, which is decomposed into several error sections. The user can specify the
required characteristic values in the time domain. Each characteristic value corresponds to one error
section. Thus the characteristics of the optimum can be easily defined by the user. The new criterion is
applicable to all control system design problems with time domain based performance requirements.


01/2001

Parallele Implementation von Multipopulationsstrategien
Ivan Santibanez-Koref
Technische Universität Berlin
FG Bionik und Evolutionstechnik


In dieser Arbeit sollen einige Ergebnisse zur Implementation der
Evolutionsstrategie (ES) auf MIMD--Rechner vorgestellt werden. Ausgehend
von der Analyse des Fortschritts und der parallelen Implementierbarkeit
kanonischer ES, werden parallele Implementationsvarianten für die
ES vorgeschlagen und Abschätzungen für deren Fortschrittsgeschwindigkeit
auf der Ebene angegeben.

 

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