用Tinkercad代码块重新发现自然

2605年

57

2

简介:用Tinkercad代码块重新发现自然

简介:UDEM高中设计思维教授和创客空间负责人

生物仿生爱好者!在本教程中,我将向您展示我的学生如何使用Tinkercad Codeblocks软件从自然界中提取模式,并通过块编码复制它们。这使得他们可以创建3D数字模型,然后进行3D打印。

通过这个例子,你将看到块编码和3D技术如何成为探索和理解我们周围世界的非常有用的工具。让我们用代码重新发现自然!

供应

软件CAD / CAM

  • Tinkercad Codeblocks
  • Ultimaker Cura 3D (3D打印)

材料和工具准备:

  • PLA 1.75 mm (3D打印长丝)
  • 刮板
  • 切割镊子

快速原型机:

  • 3D打印机(我们使用Creality的CR-10S

步骤1:编码中的仿生学

生物仿生是利用自然作为设计和工程模型的实践。在编码在美国,这可能涉及使用自然界中发现的原则和模式作为创建算法和软件的灵感。

例如,树叶的叶脉结构可以作为创建资源分配的有效网络的灵感。金宝博比分直播手机版通过利用自然系统的智慧和效率,我们可以为各种挑战创造更具创新性和可持续性的解决方案。通过在编码中采用仿生学,我们可以利用大自然的丰富知识和创造力,为所有人创造一个更美好的世界。

第二步:大自然母亲可能是第一位设计师

尽管乍一看,我们可能会被大自然多样形状的复杂性所折服,但事实是,大自然使用了一些几何策略,当这些策略混合在一起时,可以实现无限的组合。赋予我们所知的一切以形状。这些策略包括:

  • 对称
  • 分支
  • 分形
  • 生长和反应扩散
  • 螺旋
  • 混乱
  • 蜿蜒
  • 泡沫
  • 镶嵌
  • 包装与开裂
  • 斑点和条纹

大自然创造事物的黄金法则就是“找到合适的形状,以最有效的方式完成一项工作”(以最少的能量或资源损失)。金宝博比分直播手机版我们可以说,已知元素的形状,直接服从一个特定的功能.这就是为什么我们说大自然可能是第一个设计者,即使它已经经历了数百万年的试错过程(进化和适应)。

然而,试图用计算机软件模拟触发特定形状的行为对初学者来说是非常具有挑战性的,原因如下:

我鼓励我的高中生分析几何元素构成他们灵感的一般形状并寻求复制他们使用TinkerCad CodeBlocks(而不是尝试模拟一种行为).

第三步:从仿生设计师的角度看问题

仿生学设计师的工作包括观察和研究自然系统和生物,以了解它们的功能,然后利用这些知识来指导新产品、服务或技术的设计。这可能包括研究不同的动物如何在它们的环境中移动,植物如何适应不断变化的条件,或者生态系统如何作为一个整体运作。

仿生学设计师将这些知识应用到建筑、工程、产品设计、时尚和纺织、交通、可再生能源等各个领域。他们试图从大自然中寻找灵感,设计出更可持续的解决方案。

仿生学最常见的例子之一是使用鲨鱼皮来设计游泳池的表面,人们发现鲨鱼的皮肤上覆盖着微小的鳞片,排列的图案可以减少阻力,提高速度,所以现在这种图案被应用在泳衣和船体上,使它们更有效率。

从设计师的角度来看,意味着我们开始将观察到的一切事物分析为一系列通过对称性和模式相互关联的几何物体。


如果你想玩我的块代码创建多臂海星,你可以访问模型:https://www.tinkercad.com/codeblocks/fuI9m46n8xx

4 .对称

  • 原因:对称是多种因素共同作用的结果。不移动的生物,如海葵,通常具有径向对称,因为这使它们能够对来自任何方向的潜在威胁和食物来源做出反应。另一方面,朝着特定方向移动的动物往往有不同的顶部和底部,以及前面和后面,因此是双侧对称的。这种对称性也允许特殊的身体部位,如嘴巴和感觉器官,位于动物的前部或头部。


  • 地点:对称在生物和非生物中普遍存在。


学习关于对称和重复的基本知识(线性网格径向而且随机对齐)与tinkercad代码块,我建议你看看我之前的指导表:地质与TinkerCad代码块

5 .分支

  • 原因:资源的收集和分配,如营养或能量,是通过扩散和注入等过程来促进的。金宝博比分直播手机版这些过程允许材料和热量在整个大面积内有效地运输,同时最大限度地减少所涉及的距离和应力。在某些结构中使用多个分支有助于保存信息,并允许在受损时重新生长。


  • 地点:树,根,叶,鹿角,羽毛,血管,河流系统。

第六步:分形

  • 原因:分形的目的是在较小的尺度上重复相同的图案,这种特征被称为自相似性,通过一个称为迭代的过程。这种模式在不同尺度上的重复产生了复杂和不规则的形状,这些形状包含了许多类似于更大结构的细节。


  • 地点:岩石海岸线,蕨类,地衣,树枝,根,云,霜晶体,雪花,闪电,神经元网。

第七步:成长和螺旋

  • 原因:螺旋是一种独特的功能,允许在不改变形状的情况下扩展大小。他们能够均匀地占据一个空间,并最大限度地利用其中的材料数量。此外,像弹簧一样压缩的能力允许在不增加宽度的情况下增加长度。这些特性使螺旋在各种自然和人工结构中成为一种通用的特征,在这些结构中需要谐波流动、紧凑性、高效排列、增加运输或锚固。


  • 地点:蜘蛛网,软体动物壳,贝壳,角,复合小花,仙人掌,有限元叶,藤蔓卷须,松果,菠萝,漩涡,飓风,对流,太阳黑子,行星轨道,星系,DNA。

步骤8:心流模式

  • 原因:流动形态在自然界中的作用是促进运动、循环、运输和能量的消耗。这些模式,比如那些在流体和气体中发现的模式,也有能力简化通过固定物体或障碍物的运动。


  • 地点:小溪,河流,冰川,沙丘,海鳗,蛇。

第九步:完美的图案(球体,半球,圆顶)

  • 原因:球体是一种膨胀和收缩的力,以及向外和向内的力之间的平衡。对于给定的体积,它们提供最小的表面积,从而使热损失最小化。球体形状提供了材料和能源的有效利用,以包围最大的空间。


  • 地点:肥皂泡,放射虫,分子,最小表面,海绵,行星,恒星,水滴,鸡蛋,种子,樱桃,南瓜。

步骤10:包装,开裂,嵌套和镶嵌

  • 原因:在三通接头中共享分区可以减少围合特定体积所需的表面积,这种形状有助于节省空间、材料和能源,还提供了除直线之外的最短路径,并产生坚固的结构。


  • 地点:肥皂泡、冰晶、蜂巢、玉米粒、龟壳、蛇皮鳞片、玄武岩柱、鸟骨、植物的叶脉网。

11 .斑点、条纹

  • 原因:这些图案背后有一个进化的基本原理,因为它们的功能是提高有图案动物后代的生存概率。这类功能的两个例子包括伪装和发送信号。伪装可以让动物融入周围环境,使它们不那么容易被捕食者发现,而发出信号则有助于动物相互交流、吸引配偶或表示危险。


  • 地点:蝴蝶,斑马,天使鱼,豹子,墨鱼,瓢虫,老虎。

步骤12:升级!

一旦您掌握了使用代码复制自然模式的基本知识,您就可以通过迁移到过程化或参数化建模软件来将您的设计技能提升到一个新的水平。这些程序将块编程与表面/网格设计相结合,不仅可以复制物体的形状,还可以模拟其行为(这可以包括物体与光、气流、流体动力学等相互作用的方式)。

有了这个先进的软件,您可以探索您的设计的现实世界的影响,并创建对象,不仅看起来漂亮,而且功能在理想的方式。这是一种很好的实验和实践你所学到的东西的方法。

步骤13:保持成长

如果你有兴趣了解更多,你可以访问我的第一个帖子Instagram我分享了更高级的教程使用犀牛而且Grasshopper插件软件.这些教程使用尖端工具和技术更深入地研究这些原则的应用。

我希望在那里见到你,谢谢你的阅读!

14 .推荐信

鲍尔,P.(2016)。自然界的模式:为什么自然世界看起来是这样的(插图)。芝加哥大学出版社。

史蒂文斯(1974)。自然界的模式(第1版)。利特尔布朗公司

分组代码竞赛

这是
分组代码竞赛

做第一个分享的人

    建议

    • 冷的挑战

      冷的挑战
    • 让它发光比赛

      让它发光比赛
    • 烘焙大赛

      烘焙大赛

    2的评论

    0
    Rambros

    9天前

    你是个小仙子

    0
    di_joseantoniosv

    9天前回复

    谢谢你!哈哈,但实际上这些巫师是我的学生,TinkerCad背后的魔力在于它使用起来非常简单,它提供了无限的可能性(限制是你的想象力,就像“玩乐高玩具”一样,你可以做出非常简单或非常复杂的模型)。