樹木彷生學-向樹木學習，解決機械工程難題

樹木彷生學-向樹木學習，解決機械工程難題

德國汽車、機械手臂，核子反應爐都有參考樹木的設計

在機械機構設計上，最大的問題是，如何讓零件堅固耐用，如圖上的的機件，在一直連續受力的過程中，會從最弱的地方發生斷裂的現象，這種現象缺口效應，如何解決這類問題，讓機械更能有效的運作不發生故障??

Claus Mattheck

德國科學家 Claus Mattheck 觀察樹木的生長適應負重的變化，發現樹木生長會用最少的材料來做最強度的優化，他把這個發現，以物理分析，研究出數學的模式，這大量的計算用電腦輔助運算，應用在機件強化。

機件就像樹木一樣，變的有生命，像活的一樣生長，補強最弱的部份，減輕局部缺口效應增加強度，他將這種方式稱為計算機輔助優化法CAO(computer aided optimization)

我們來看看是如何做到的:

CAO計算機輔助優化法

樹皮的生長，減少缺口效應的發生

以有限元素分析計算增加材料，直到最穩定的結構完成計算

優化前與優化後，最大應力減少

經優化後的機件，大大減少缺口效應，增加零件耐用度。

經優化過的螺絲，在承重循環的測式中，比未優化的螺絲能持續承受多20倍的承重次數而不斷裂。

the screw reproducibly sustained twenty time more load cycles. in a load cycle test than the non-optimized screw without breaking.

讓機械模彷樹木生長，可以優化使機械更加穩固耐用

這種方式可以輔助機械設計者，幫助機械產品的優化，決定機件應該要什麼形狀，機械手臂要多長，才能堅固好用。

為什麼德國車這麼好開，機械產品好用，工業如此的發達強盛，也許是德國人對樹木的熱愛。

參考資料:

http://www.thetreeproject.org/the-mathematics-of-trees/

https://www.researchgate.net/publication/260112988_Development_of_a_digital_framework_for_the_computation_of_complex_material_and_morphological_behavior_of_biological_and_technological_systems

https://biomimicryswitzerland.org/bswiss-blog/2017/3/29/the-nature-of-lightweight-design