إليك 7 من أفضل الأمثلة على التقليد الحيوي والتصميم المستوحى من الطبيعة

في بعض الأحيان، لا يكون الحل الأفضل لمشكلة ما هو الأكثر تعقيدًا دائمًا، وبالمثل، فإن أفضل إجابة ليست دائمًا إجابة جديدة. في حين أننا نحن البشر ربما نكون قد بدأنا نبلل أقدامنا (نسبيًا) بالبراعة، فإن مملكة الحيوان لديها آلاف السنين من التجربة والخطأ التطوري للتعلم منها.

المحاكاة الحيوية، كما يطلق عليها، هي طريقة لإيجاد حلول للتحديات البشرية من خلال محاكاة التصاميم والأفكار الموجودة في الطبيعة. يتم استخدامه في كل مكان: المباني، والمركبات، وحتى المواد - لذلك اعتقدنا أنه سيكون من الممتع جمع بعض الأمثلة الأكثر جدارة بالملاحظة. فيما يلي ثمانية من أكثر التطبيقات التكنولوجية المذهلة المستوحاة من الطبيعة.

قطارات الرصاصة مستوحاة من طيور الرفراف

عندما تولى المهندسون اليابانيون مهمة شاقة تتمثل في تحديث قطاراتهم فائقة السرعة، واجه تصميمهم عقبة مؤسفة. لم تكن المشكلة تكمن في وصول هذه القطارات إلى السرعات المطلوبة، بل في الكم الهائل من الضوضاء الناتجة عن إزاحة الهواء أمام القطارات. عندما تدخل القطارات الأنفاق، غالبًا ما تُحدث المركبات موجة صدمية عالية تُعرف باسم "ازدهار النفق". حتى أن قوة موجات الصدمة تسببت في هيكلية

ضرر إلى عدة أنفاق.

حدد فريق التصميم أن الجاني هو غطاء الأنف الأمامي غير الحاد للقطارات. لتقليل ذراع النفق وزيادة الديناميكا الهوائية الإجمالية، سيحتاجون إلى مقدمة أكثر انسيابية. وفي نهاية المطاف، قام المهندسون بتصميم النموذج التالي على غرار منقار طائر الرفراف.

تمتلك طيور الرفراف مناقير متخصصة تسمح لها بالغوص في الماء للصيد مع الحد الأدنى من رذاذ الماء. باستخدام هذا الأنف الجديد، أصبح استهلاك قطارات الجيل التالي من السلسلة 500 أسرع بنسبة 10 بالمائة كهرباء أقل بنسبة 15 بالمائةوالأهم من ذلك، لا مزيد من "الازدهار".

توربينات الرياح على غرار الحيتان الأحدب

تعتمد العديد من تصميماتنا الديناميكية الهوائية الحديثة على مبادئ أساسية إلى حد ما. للحصول على الرفع الأمثل والحد الأدنى من السحب، تعد الحواف الأنيقة والخطوط النظيفة أمرًا أساسيًا. ومع ذلك، في جميع أنحاء المملكة الحيوانية، هناك العديد من الأنواع، قادرة على رفع استثنائي. على سبيل المثال، يستخدم الحوت الأحدب زعانف ذات نتوءات حديبة للدفع - وهو ما يبدو غير بديهي إلى حد ما.

أ هارفارد وتوصل فريق بحث بقيادة الفريق إلى أن هذه العقيدات تمكن الحيتان من اختيار مسار أكثر انحدارا.زاوية الهجوم". زاوية الهجوم هي الزاوية بين تدفق الماء ووجه الزعنفة. مع الحيتان الحدباء، يمكن أن تكون زاوية الهجوم هذه أكثر انحدارًا بنسبة 40 بالمائة من الزعنفة الناعمة. بسبب هذه التلال الصغيرة، تحدث الأكشاك المقطعية في نقاط مختلفة على طول الزعنفة. هذا يجعل تجنب الاكتمال في المماطلة أسهل بكثير.

الاختبارات أُجرِي من قبل الأكاديمية البحرية الأمريكية، باستخدام الزعانف النموذجية، حددت هذه الزعانف المحاكاة الحيوية تقليل السحب بنسبة الثلث تقريبًا وتحسين الرفع بنسبة ثمانية بالمائة بشكل عام. وقد استفادت شركة Whale Power، وهي شركة مقرها في تورنتو بكندا، من أحدث تقنيات السل. وفق معهد ماساتشوستس للتكنولوجياتساعد الشفرات المحاكاة الحيوية لشركة Whale Power على توليد "نفس القدر من الطاقة بسرعة 10 أميال في الساعة التي تولدها التوربينات التقليدية بسرعة 17 ميلاً في الساعة".

فيلم مضاد للميكروبات يحاكي جلد القرش

أسماك القرش هي واحدة من الحيوانات المفترسة العليا في البحار. لقد تم تحسين براعتهم في الصيد على مدى آلاف السنين من التطور. في حين أن أسماك القرش معروفة بحاسة الشم القوية لديها وأسنانها المتجددة، إلا أن الأبحاث الجديدة قد تشير في الواقع إلى جلد هذا النوع باعتباره أكثر الأصول تطورًا.

جلد القرش مغطى بما يسمى "الأسنان الجلدية". فكر في هذه كطبقات مرنة بشكل أساسي من أسنان صغيرة. أثناء الحركة، تشكل هذه الأسنان الجلدية منطقة ضغط منخفض. تعمل هذه الدوامة الأمامية بشكل أساسي على "سحب" سمكة القرش للأمام وتساعد أيضًا على تقليل السحب. وغني عن القول أن هناك الكثير من التطبيقات لمثل هذا التصميم.

قامت شركة سبيدو بدمج جلود القرش المحاكية الحيوية في مجموعة من ملابس السباحة لدورة الألعاب الأولمبية لعام 2008. بحسب ال سميثسونيان، 98 بالمائة من الميداليات في دورة الألعاب الأولمبية لعام 2008 فاز بها سباحون يرتدون ملابس السباحة المصنوعة من جلد القرش. ومنذ ذلك الحين تم حظر هذه التكنولوجيا في المنافسة الأولمبية.

وبالمثل، في حين أنه من المعروف أن العديد من الأنواع المائية تستضيف أنواعًا بحرية أخرى على أجسامها (مثل البرنقيل)، فإن أسماك القرش تظل "نظيفة" نسبيًا إذا جاز التعبير. تساعد هذه الأسنان الجلدية المجهرية أيضًا أسماك القرش على صد الكائنات الحية الدقيقة. قامت البحرية الأمريكية منذ ذلك الحين بتطوير مادة تعرف باسم شاركليت، بناءً على نمط الجلد هذا للمساعدة في منع النمو البحري على متن السفن. واستنادًا إلى هذه الفكرة نفسها، تستخدم العديد من المستشفيات أيضًا جلد القرش الحيوي فيلم لمكافحة التلوث المتبادل.

جلد القرش، حار جدًا الآن.

حصاد الماء مثل خنفساء ستينوكارا

ليس سرًا في هذه المرحلة أن الوصول إلى المياه أمر محوري لأي حضارة وحياة مستدامة على هذا الكوكب بشكل عام. في حين أن بعض المواقع في العالم لديها موارد مائية وفيرة مثل البحيرات والأنهار، فإن المناخات الأكثر جفافا يجب أن تكتفي بهطول الأمطار المحدود. التكنولوجيا المستمدة من خنفساء مزدهرة في واحدة من أقسى البيئات على وجه الأرض قد تساعد في بدء الجيل القادم من حصاد المياه النظيفة.

تعيش خنفساء ستينوكارا في صحراء ناميب الأفريقية القاحلة، لكن هذا المخلوق الذي يبلغ حجمه سنتًا واحدًا لديه قدرة تطورية تساعده حرفيًا على سحب الماء من الهواء الرقيق. هناك نمط من العقد على طول ظهر الخنفساء يمكّن المخلوق من جمع الرطوبة من ضباب الصباح. القطرات إذن الانزلاق من النتوءات إلى قنوات صغيرة باتجاه فم الخنفساء. يستخدم الأكاديميون حاليًا هذا البحث لتطوير أنماط المحاكاة الحيوية القادرة على حصاد المياه من الهواء.

يمتص الصدمات مثل نقار الخشب

نقار الخشب معروفون بقدرتهم الاستثنائية على الحفر. تستخدم المخلوقات مناقيرها للبحث عن الحشرات وكذلك لإنشاء زوايا لأنفسهم. عندما يحفر نقار الخشب هذه الثقوب، فإنه يتعرض لتباطؤ قدره 1200 قوة جاذبية (Gs) حوالي 22 مرة في الثانية. لوضع ذلك في الاعتبار، فإن حادث سيارة خطير من شأنه أن يؤدي إلى ما يعادل 120 ع على راكب. فكيف يتحمل نقار الخشب هذه الصدمات الدائمة؟

الجواب: ممتصات الصدمات الطبيعية. باستخدام الفيديو والأشعة المقطعية، اكتشف البحث في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، أن نقار الخشب لديه أربعة هياكل مصممة لامتصاص الصدمات الميكانيكية. منقار الطائر شبه مرن وتبلغ مساحته "عظمة أسفنجيةتعمل المادة الموجودة خلف الجمجمة والسائل النخاعي معًا في انسجام تام لإطالة الوقت الذي يحدث فيه هذا الارتجاج وبالتالي تثبيط الاهتزاز. واستنادًا إلى هذا التصميم متعدد الأوجه، يعمل الفريق على إنشاء مجموعة من التطبيقات تتراوح من مسجلات الطيران الأكثر مقاومة للصدمات (الصناديق السوداء) إلى المركبات الفضائية المقاومة للنيازك الدقيقة.

تمويه رأسيات الأرجل

الحبار، مثل جميع رأسيات الأرجل، قادر على التوهج (التلألؤ البيولوجي) وكذلك تغيير لون بشرته. تمكنهم قدرة التمويه هذه من الاختباء من الحيوانات المفترسة بينما يسمح لهم الضوء البيولوجي بالتواصل مع شريكهم و/أو جذبه. يتم إنتاج هذا السلوك المعقد من خلال شبكة خلايا الجلد والعضلات المتخصصة.

وقد طور الباحثون في جامعة هيوستن جهازًا مشابهًا قادرًا على اكتشاف المناطق المحيطة به ومطابقة هذه البيئة في ثوانٍ معدودة. يستخدم هذا النموذج الأولي شبكة مرنة منقطة تستخدم المحركات وأجهزة استشعار الضوء والعاكسات. كما أجهزة استشعار الضوء يكشف عند حدوث تغيير في البيئة المحيطة، يتم إرسال إشارة إلى الصمام الثنائي المقابل. يؤدي هذا إلى خلق حرارة في المنطقة ثم تغير لون الشبكة الحرارية. يمكن أن يكون لهذا "الجلد" الاصطناعي تطبيقات عسكرية وتجارية في المستقبل.

أنظمة تهوية مستوحاة من النمل الأبيض

في كثير من الأحيان، لا تقتصر المحاكاة الحيوية على مجرد محاكاة المجال التشريحي أو التطوري لنوع ما. في بعض الأحيان، يمكننا حتى أن نأخذ إشارات من الهياكل التي تبنيها هذه الحيوانات لإنشاء أنظمة أفضل لدعم الحياة لأنفسنا.

غالبًا ما يحظى النمل الأبيض بسمعة سيئة بسبب خصائصه التدميرية. ومع ذلك، فإن النمل الأبيض يشتهر بإنشاء بعض أنظمة التهوية الأكثر تفصيلاً للتبريد على هذا الكوكب. حتى في بعض الأماكن الأكثر حرارة، تظل تلال النمل الأبيض هذه باردة بشكل استثنائي في الداخل.

باستخدام شبكة معقدة من الجيوب الهوائية عمدًا، تخلق التلال أ طبيعي نظام التهوية باستخدام الحمل الحراري. الشركة الهندسية أروب قمنا ببناء مركز تسوق كامل في زيمبابوي بناءً على نظام الحمل الحراري الطبيعي. حاليا يستخدم النظام 10 نسبه مئويه طاقة أقل من المنشأة التقليدية المكيفة.

توصيات المحررين

• احتفظ بها سرًا، حافظ عليها آمنة: 8 منازل بها غرف وممرات مخفية
• إليك أفضل الهدايا التقنية التي يمكنك الحصول عليها مقابل 100 دولار أو أقل