Headerimage Bionics Kit

Bionics Kit experimentele kit

Bionics Kit - Drie dierenrobots uit één bouwpakket.

Studenten werken in groepjes met het bionics bouwpakket

Het bionics bouwpakket met de nadruk op "bewegen en grijpen" bevat het materiaal om drie verschillende bionisch geïnspireerde projecten te bouwen:

  • Bionische vis
  • Bionische olifantenslurf
  • Bionische kameleon grijper

Het bijzondere van dit bouwpakket: omdat de projecten na montage volledig in hun afzonderlijke onderdelen worden gedemonteerd, kunnen uit één bouwpakket drie modellen worden gemaakt. Aan een bouwpakket kunnen maximaal vier studenten samenwerken.

Als basisuitrusting bevat de kit alle noodzakelijke interface-elementen. Daartoe behoren kleine servomotoren, compatibele elektronische en mechanische componenten of kunststof elementen zoals Fin Ray® structuren. Festo Didactic heeft de World Didactic Award 2018 gewonnen met de Bionics Kit.

Wil je je eigen ontwikkelingen maken met de Bionics Kit? Dan vind je hier enkele voorbeelden van programmeren en 3D printen.

Bent u geïnteresseerd in de Bionics Kit? Contacteer ons!

Modulair bouwsysteem

Alle dierenrobots worden aangedreven door servomotoren en bestuurd door een Arduino-compatibele microcontroller. De bewegingen worden bestuurd via een Bluetooth-verbinding met de smartphone of via een mobiel apparaat of pc. Er is geen programmeerkennis nodig.

Met behulp van het bijbehorende lesmateriaal worden de studenten door de montagestappen geleid. De inhoud is bedoeld om studenten te helpen met assembleren en programmeren en om leraren biologische achtergrondkennis bij te brengen.

Bouwinstructie

De montage-instructies voor elke dierenrobot helpen de studenten om hun eigen robot te bouwen. Stapsgewijze instructies in PDF-formaat leiden de studenten door het montageproces.

Tutorials op YouTube

Heb je je ooit afgevraagd waarom de vin van een vis zo bijzonder is, waarom de slurf van een olifant zoveel spieren heeft of hoe de tong van een kameleon werkt? Voor elke dierenrobot is er een instructievideo waarin in detail wordt uitgelegd hoe je je eigen robot kunt bouwen.

Students working with the bionic kit

Biologische achtergrondkennis vis

Fin Ray Effect

Video Fin Ray Effect

Toen Leif Kniese, een bionisch wetenschapper, in Noorwegen aan het vissen was, merkte hij dat de vinnen van beenvissen interessante mechanische eigenschappen hebben. Toen hij zijn vinger tegen de staartvin van de gevangen vis drukte, boog deze niet zoals hij had verwacht. In feite boog de staartvin naar zijn vinger. Bij nader onderzoek ontdekte hij dat de reden hiervoor lag in de structuur van de staartvin. De botten van de vin bestonden uit twee kraakbenige lengtestralen. Deze longitudinale stralen zijn met elkaar verbonden door elastisch weefsel, waardoor zij bij belasting naar elkaar toe bewegen. De technische uitvoering van deze structuur leidde tot de ontwikkeling van het Fin Ray Effect. Het basiselement is een spitse driehoek met flexibele zijden. De twee zijden zijn verbonden door stutten of ribben.

Het Fin Ray Effect is een voorbeeld van het bottom-up proces, waarbij wetenschappers een natuurlijk verschijnsel bestuderen en dit vervolgens gebruiken om een technisch probleem op te lossen.

Bekijk de video voor meer informatie over het Fin Ray Effect. Klik dan op de PDF's voor toegang tot een Fin Ray knutselsjabloon. Als de papieren Fin Ray gemaakt is, neem dan de tijd om te zien hoe deze technische oplossing je kan helpen om de bionische robot Bionic Fish te bouwen.

Externe anatomie van een beenvis

Externe anatomie van een beenvis

Met meer dan 15.000 soorten vormen de beenvissen de grootste groep vissen. De beenvissen hebben - zoals de naam al zegt - een benig skelet. Elke vin van een beenvis heeft een specifiek doel. De staartvin (1) helpt bij het sturen en regelt de snelheid van de voorwaartse beweging. Bij een beenvis zijn de bovenste en onderste lobben van de staartvin symmetrisch. De anaalvin (2) helpt de vis met stabiliteit en zorgt ervoor dat de vis niet van links naar rechts rolt. De twee buikvinnen (3) helpen bij het evenwicht en het sturen. De vis kan ze ook gebruiken als rem wanneer hij langzamer wil zwemmen of stoppen. De vis gebruikt zijn borstvinnen (4) afzonderlijk om in beide richtingen te draaien of om de op- en neergaande bewegingen te controleren. De rugvin (5) werkt als een kiel van een boot en helpt de vis rechtop en stabiel te blijven.

Vissen versus zoogdieren

Vissen versus zoogdieren

Zeezoogdieren, zoals walvissen en dolfijnen, hebben vinnen om zich onder water voort te bewegen. Hetzelfde geldt voor vissen. Zeezoogdieren bewegen zich voornamelijk met behulp van hun horizontaal geplaatste staartvin, door hun staart op en neer te klappen, terwijl een vis zich door het water beweegt door zijn verticaal geplaatste staartvin van links naar rechts te bewegen.

Basis visstaartvormen

Basis visstaartvormen

Hieronder staan enkele basis visstaartvormen:

  • maan- of sikkelvormig
  • gesplitst
  • afgekapt
  • gekerfd
  • afgerond
  • dubbel gekerfd
  • puntig

Wat is een zwemblaas?

vissen

Heb je je ooit afgevraagd hoe vissen erin slagen de hele dag in het water te zwemmen? De reden is hun zwemblaas. Dit orgaan voorkomt dat de vis zinkt. Het lichaamsweefsel van vissen is dichter dan water. De zwemblaas in hun lichaam werkt als een ballon en vult zich met gas. Dit gas creëert drijfvermogen, dat het gewicht van de vis tegengaat. Naast het drijfvermogen kunnen de spieren rond de zwemblaas samentrekken en het volume verminderen, zodat de vis minder water verplaatst. De vis is dus zwaarder en kan nu zinken. Met de zwemblaas kunnen vissen hun drijfvermogen zo regelen dat het massamiddelpunt onder het volumemiddelpunt ligt. Hierdoor werkt het als een stabilisator.

Aangezien de "Bionic Fish" geen zwemblaas heeft, moet je een andere manier vinden om de robotvis in evenwicht te houden. Je kunt een kleine plastic zak met zand vullen en die in de robotvis bevestigen. Mogelijk moet je het gewicht en de exacte positie in het lichaam een paar keer testen voordat de "Bionic Fish" optimaal beweegt in het water.

Biologische achtergrondkennis Olifant en kameleon

Olifantenslurf

Olifantenslurf Video

De slurf van een olifant is een fascinerend rolmodel voor technologie. De ongeveer 40.000 spierbundels in de slurf van een olifant maken hem zeer flexibel en stellen hem in staat grote krachten over te brengen.

De slurf van een olifant is een botloze gespierde structuur die een uitstekende wendbaarheid heeft. Het bestaat uit spieren, vaten, zenuwen, vet en ander bindweefsel en de huid.

Wist je dat de romp zowel extreem gevoelig als sterk is? De vingerachtige punten aan het einde van de slurf van een olifant worden gebruikt om kleinere voorwerpen vast te klemmen. Ze worden zelfs gebruikt om de ogen van de olifant af te vegen of schoon te maken. Anderzijds is de slurf zo sterk dat hij zelfs bomen kan uittrekken!

Bekijk de YouTube video

Kameleon

Kameleon Video

Kameleons zijn fascinerende wezens. Ze kunnen hun ogen zelfstandig bewegen en van kleur veranderen afhankelijk van hun stemming en temperatuur. Een ander bijzonder kenmerk is hun jachtstrategie. Met de unieke manier waarop ze hun tong uitschieten, kunnen ze bliksemsnel aanvallen en hun prooi veilig grijpen.

De kenmerken van een kameleon

De tong van een kameleon heeft een unieke combinatie van kracht en vormaanpassing. Dit kun je zien wanneer de kameleon op jacht is naar insecten. Zodra de kameleon zijn prooi in het vizier heeft, slaat hij zijn tong uit als een elastiekje. Net voordat het puntje van de tong het insect bereikt, trekt het zich in het midden terug, terwijl de randen verder naar voren gaan. Hierdoor kan de tong zich aanpassen aan de vorm en grootte van de prooi en deze strak omsluiten. De prooi kleeft aan de tong en wordt naar binnen getrokken als aan een vislijn!

Bekijk de YouTube video

Students understanding how the Bionic Kit works

Projectbeheer

Om met succes een robotdier in elkaar te zetten, moet je eerst nadenken over wat de stappen of werkpakketten zijn, de optimale volgorde waarin ze moeten worden uitgevoerd en hoeveel tijd je aan elke stap wilt besteden zodat er aan het eind van het project een functionele robot staat. De volgende vragen zullen jou en jouw projectteam helpen logisch na te denken over de implementatie.

Stel jezelf deze vragen als een team:

  • Wat voor soort robot willen we bouwen?
  • Moet deze robot gebaseerd zijn op een specifiek biologisch model?
  • Wat moet de robot kunnen?
  • Wat willen we leren van het echte rolmodel?

Subdoelen geven elk individu en het hele team een algemeen doel om zich op te concentreren en naar toe te werken. Elke actie van het team moet erop gericht zijn het project tot een succes te maken volgens de doelstellingen. Zodra je de doelstelling hebt bepaald, kun je taken vaststellen en toewijzen. Bepaal wie wat doet, wanneer en waarom.

Er is een lijst met werkpakketten die je ter inspiratie kunt gebruiken. Zij leiden je door de noodzakelijke stappen om met succes een van deze drie bio-geïnspireerde robots te bouwen. Samen met het sjabloon 'Projectplan' kun je een projectplan maken met de taken die aan elk teamlid zijn toegewezen en die binnen een bepaald tijdsbestek moeten worden voltooid. Projectplannen bieden een gemakkelijk visueel overzicht van een project van begin tot eind en leiden tot een grotere werkefficiëntie voor teamleden.

Meer ideeën voor lessen nodig?

Kijk eens naar onze curricula.

STEM referentie

STEM referentie

Informatica

  • Programmeren met Open Roberta (Scratch) of C++

Natuurwetenschappen

  • Kennismaking met het interdisciplinaire vakgebied Bionics
  • Fin Ray effect
  • Optimalisatie van de efficiëntie van de vin vorm

Technologie

  • Biologisch geïnspireerde robots bouwen
  • Meting, controle en regulering
  • Productontwerp met CAD met Onshape - individualisering van onderdelen
  • Gebruik van een digitale twin om het zwaartepunt te bepalen

Alle downloads in één oogopslag