Bionik
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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.
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.
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.
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..
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.
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.