Optimale konstruktioner - når naturen former

Elementerne i topologioptimering

Materialetætheden i den enkelte pixel er i blåtoneskala.

  1. udgangspunktet: en bjælke med jævnt fordelt materiale.

  2. en analyse af bjælkens stivhed.

  3. et gradvist forbedret design.

  4. en analyse, der viser, at stivheden er forbedret.

  5. slutresultatet: det optimale design

.

 Konventionelt design af gulvbjælke i fly. Den topologioptimerede bjælke på foregående figur er 40% stivere for samme vægt. Man kan ikke ved blot at ændre formen og placeringen af de seks runde huller i det konventionelle design opnå resultatet på figuren ovenfor, hvor der er 7 huller: de to bjælker er topologisk forskellige

.

 I forbindelse med topologioptimering kan man også se på design af materialet i konstruktionen. Her har det vist sig muligt at designe materialer med helt overraskende egenskaber. Således kan man for eksempel lave materialer, der bliver tykkere når man trækker i dem, i modsætning til hvad der sker, når man trækker i en elastik. På figuren ses en enkelt enhedscelle i et sådant materiale, og en samling af enhedsceller. Der er lavet testbjælker, hvor enhedscellerne er så små, at de ikke ses med det blotte øje.

.

 Topologioptimering kan bruges til at designe mikrorobotter.

På figuren ses tre udvalgte trin i optimeringsprocessen af en gribeklo.

Det endelige design minder om konstruktioner i naturen, fx hver af taskekrabbens gribekløer.

Mikrorobotter er så små, at de fx kan anvendes til at fjerne blodpropper i menneskets blodårer.