< Terug naar vorige pagina

Project

Systematisch biologisch geïnspireerd ontwerpen: van concept tot gevalideerde functionaliteit

Miljoenen jaren evolutie hebben organismen in staat gesteld innovatieve oplossingen te produceren voor dezelfde problemen die ontwerpers dagelijks tegenkomen. Bij bio-geïnspireerd ontwerp worden de interessante werkingsprincipes die de biologische oplossing doen werken, geïdentificeerd en overgebracht op het ontwerpprobleem. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat dit leidt tot meer nieuwe ontwerpen. Aangezien biologen al eeuwenlang organismen bestuderen, bevatten hun publicaties bovendien een grote catalogus van bewezen oplossingen. De recente toename van open-access publicaties en een opener text-mining beleid maken het mogelijk deze interessante bron van informatie breder beschikbaar te maken.

Ondanks deze veelbelovende randvoorwaarden is bio-geïnspireerd ontwerp nog niet op grote schaal toegepast als ontwerpstrategie en is slechts een beperkt aantal bio-geïnspireerde producten commercieel beschikbaar. Tijdens het ontwerpproces ontbreekt het ontwerpers vaak aan biologische achtergrondkennis, waardoor de zoektocht naar relevante biologische strategieën een frustrerende en tijdrovende taak wordt. Vervolgens zit het proces van analyseren, selecteren en begrijpen van deze strategieën vol valkuilen.

Dit proefschrift beoogt de ontwikkeling en validatie van een bio-geïnspireerde ontwerpondersteuning die rechtstreeks kan worden geïntegreerd in het systematische engineering-ontwerpproces. De eerste bijdrage is een automatische zoekmethode die uitgaande van de functionele eisen de ontwerper in staat stelt de meest relevante biologische documenten op te halen. Dit gebeurt door machinevertaling toe te passen en het genereren van organisme-aspecten te automatiseren en te schalen. De tweede bijdrage is een vergelijking tussen de voorgestelde zoekmethode, AskNature en een bioloog voor het ophalen van bio-inspiratie. De zoekmethoden slaagden er met name in meer werkende principes op te halen, maar met het voorbehoud dat het direct verwerken van biologische literatuur een grote cognitieve belasting met zich meebrengt. De derde bijdrage is de pilot van het eerste end-to-end validatie-experiment met bio-inspiratie aan de hand van uitkomst-gebaseerde metrieken. De belangrijkste bevinding is dat wanneer ontwerpers bio-inspiratie moeten zoeken, analyseren en selecteren tijdens een conceptgeneratiesessie, de nieuwheidstoename beperkter is dan gerapporteerd in eerder onderzoek. Bovendien werden, vanwege de hoge tijdskosten die gepaard gaan met het rechtstreeks verwerken van biologische literatuur, twee verschillende benaderingen van bio-inspiratie geïdentificeerd: één waarbij het doel is om snel inspiratie op te doen en die voorbewerkte strategieën gebruikt, en een andere waarbij het doel is om nieuwe biologische strategieën te vinden. Dit ten koste van de tijdsinvestering nodig voor het doorzoeken van biologische publicaties. De vierde bijdrage is een algemene methode en dataset voor het clusteren van biologische strategieën volgens hun werkingsprincipe. Door het algemene karakter van de voorgestelde methode en benchmarking tool kan de pipeline gemakkelijk worden aangepast wanneer meer performante taalmodellen worden uitgebracht. De vijfde en laatste bijdrage is het voorstel van drie verschillende metrieken om de gegenereerde clusters opnieuw te rangschikken volgens hun nieuwigheid, robuustheid of hoeveel ze reeds onderzocht werden door biologen.

Datum:21 sep 2018 →  21 sep 2022
Trefwoorden:Biologically Inspired Design
Disciplines:Bedrijfsadministratie en boekhouding, Management, Ontwerptheorieën en -methoden niet elders geclassificeerd, Andere productontwikkeling niet elders geclassificeerd
Project type:PhD project