Ето 7 от най-добрите примери за биомимикрия и вдъхновен от природата дизайн

Понякога най-доброто решение на даден проблем не винаги е най-сложното и по подобен начин най-добрият отговор не винаги е нов. Докато ние, хората, може просто да си намокрим краката (относително казано) с изобретателност, животинското царство има хилядолетия еволюционни проби и грешки, от които да се учи.

Биомимикрията, както се нарича, е метод за създаване на решения на човешките предизвикателства чрез емулиране на дизайни и идеи, открити в природата. Използва се навсякъде: сгради, превозни средства и дори материали - затова решихме, че ще бъде забавно да обобщим няколко от най-забележителните примери. Ето осем от най-удивителните технологични приложения, вдъхновени от природата.

Влакове с куршуми, вдъхновени от птиците Kingfisher

Когато японските инженери се заеха с трудната задача да модернизират своите високоскоростни влакове с куршуми, техният дизайн срещна една неприятна пречка. Проблемът не се състоеше в достигането на желаните скорости на тези влакове, а по-скоро в огромното количество шум, създадено от изместването на въздуха пред влаковете. Когато влаковете навлизаха в тунели, превозните средства често създаваха силна ударна вълна, известна като „тунелен бум“. Силата на ударните вълни дори е причинила структурни щета до няколко тунела.

Дизайнерският екип установи, че виновникът е доста тъпата предна капачка на носа. За да се сведе до минимум стрелата на тунела и да се увеличи цялостната аеродинамика, те ще имат нужда от по-рационализиран нос. Инженерите в крайна сметка моделират следващия модел след клюна на птицата Kingfisher.

Птиците тип рибар имат специализирани клюнове, които им позволяват да се гмуркат във водата, за да ловуват, като същевременно правят минимално пръскане. Използвайки този нов нос, следващото поколение влакове от серия 500 бяха с 10 процента по-бързи, консумирани 15 процента по-малко електроенергия, и най-важното, няма повече „бум“.

Вятърни турбини по модел на гърбати китове

Много от нашите съвременни аеродинамични проекти разчитат на доста основни принципи. За да получите оптимално повдигане и минимално съпротивление, елегантните ръбове и чистите линии са ключови. Въпреки това, в цялото животинско царство, много видове, способни на изключителна повдигане. Гърбавият кит, например, използва неравни, туберкулозни перки за задвижване - което изглежда доста неинтуитивно.

А Харвард ръководен изследователски екип установи, че тези възли позволяват на китовете да избират по-стръмниъгъл на атака.” Ъгълът на атака е ъгълът между водния поток и лицето на плавника. При гърбатите китове този ъгъл на атака може да бъде до 40 процента по-стръмен от гладкия плавник. Поради тези малки хребети се появяват секционни застой в различни точки по перката. Това прави много по-лесно да се избегне пълен сергия.

Тестове проведено от Военноморската академия на САЩ, използвайки модели на плавници, установи, че тези биомиметични перки намаляват съпротивлението с близо една трета и подобряват повдигането с осем процента като цяло. Whale Power, компания със седалище в Торонто, Канада, вече се възползва от тази най-нова технология за туберкулоза. Според MIT, биомиметичните лопатки на Whale Power помагат за генерирането на „същото количество мощност при 10 мили в час, което конвенционалните турбини генерират при 27 мили в час“.

Антимикробен филм, имитиращ кожа на акула

Акулите са едни от най-големите хищници в моретата. Тяхната ловна мощ е усъвършенствана през хилядолетия еволюция. Въпреки че акулите са добре известни с острото си обоняние и регенериращите си зъби, новите изследвания може всъщност да сочат кожата на вида като най-еволюционната му ниша.

Кожата на акула е покрита с така наречените „дермални зъбци“. Мислете за тях като по същество за гъвкави слоеве от малки зъби. Когато са в движение, тези дермални зъбци всъщност създават зона с ниско налягане. Този вихър на предния ръб по същество „дърпа“ акулата напред и също така помага за намаляване на съпротивлението. Излишно е да казвам, че има много приложения за такъв дизайн.

Известно е, че Speedo включи биомиметична кожа на акула в линия бански костюми за Олимпийските игри през 2008 г. Според Смитсониън, 98 процента от медалите на Олимпийските игри през 2008 г. са спечелени от плувци, носещи този бански костюм от кожа на акула. Оттогава технологията е забранена в олимпийските състезания.

По същия начин, докато е известно, че много водни видове са домакини на други морски видове по телата си (като ракообразни), акулите остават относително „чисти“, така да се каже. Тези микроскопични дермални зъбци също помагат на акулите да отблъскват микроорганизмите. Оттогава американският флот разработи материал, известен като Sharklet, базиран на този модел на кожата, за да помогне за инхибиране на морския растеж на корабите. Въз основа на същата тази идея много болници също използват биомиметична кожа на акула филм за борба с кръстосаното замърсяване.

Sharkskin, толкова горещо в момента.

Събиране на вода като бръмбар Stenocara

Наистина не е тайна в този момент: достъпът до вода е ключов за всяка устойчива цивилизация и живота на тази планета като цяло. Докато някои места по земното кълбо разполагат с богати водни ресурси като езера и реки, по-сухият климат трябва да се задоволи с ограничени валежи. Технологията, получена от бръмбар, който процъфтява в една от най-суровите среди на Земята, може много добре да помогне за започване на следващото поколение събиране на чиста вода.

Бръмбарът Stenocara живее в сухия африкански десерт Намиб, но създанието с размер на стотинка има еволюционен хак, който му помага буквално да извлича вода буквално от нищото. Моделът от възли по гърба на бръмбара позволява на създанието да събира влага от сутрешната мъгла. Капките тогава пързалка от неравностите в малки канали към устата на бръмбара. Учените в момента използват това изследване, за да разработят биомиметични модели, способни да събират вода от въздуха.

Поглъщащ удар като кълвач

Кълвачите са известни с изключителния си капацитет за копаене. Съществата използват клюна си, за да търсят храна за насекоми, а също и за създаване на кътчета за себе си. Докато кълвачите пробиват тези дупки, те изпитват забавяне от 1200 гравитационни привличания (Gs) почти 22 пъти в секунда. За да го поставим в перспектива, тежка автомобилна катастрофа би довела до еквивалента на 120 Gs на пътник. Как точно кълвачът издържа на тези постоянни удари?

Отговорът: естествени амортисьори. Използвайки видео и компютърна томография, изследвани в Калифорнийския университет, Бъркли, са открили, че кълвачите имат четири структури проектирани за абсорбиране на механичен удар. Полуеластичният клюн на птицата, площ от "гъбеста кост” материалът зад черепа и гръбначно-мозъчната течност работят в унисон, за да удължат времето, през което се случва това сътресение и следователно да потискат вибрациите. Въз основа на този многостранен дизайн, екипът работи за създаване на набор от приложения, вариращи от по-устойчиви на удар записващи устройства (черни кутии) до устойчиви на микрометеорити космически кораби.

Камуфлаж за главоноги

Калмарите, както всички главоноги, са способни да светят (биолуминесценция), както и да променят цвета на кожата си. Този камуфлажен капацитет им позволява да се скрият от хищници, докато биолуминесценцията им позволява да общуват с и/или да привлекат партньор. Това сложно поведение се създава от мрежа от специализирани кожни клетки и мускули.

Изследователи от университета в Хюстън са разработили подобно устройство, способно да открие заобикалящата го среда и да съвпадне с тази среда само за секунди. Този ранен прототип използва гъвкава, пикселизирана мрежа, използваща задвижващи механизми, сензори за светлина и рефлектори. Като светлинни сензори откривам при промяна на околната среда се изпраща сигнал към съответния диод. Това създава топлина в зоната и след това термохроматичната решетка променя цвета си. Тази изкуствена „кожа“ може да има както военни, така и търговски приложения в бъдеще.

Вентилационни системи, вдъхновени от термитите

Често биомимикрията не е просто имитиране на анатомична или еволюционна ниша на даден вид. Понякога дори можем да вземем примери от структурите, които тези животни изграждат, за да създадем по-добри системи за поддържане на живота за себе си.

Термитите често получават лоша репутация поради разрушителните си свойства. Термитите обаче са скандално известни със създаването на някои от най-сложните вентилационни системи за охлаждане на планетата. Дори в някои от най-горещите места тези термитници остават изключително хладни вътре.

Използвайки сложна мрежа от умишлено въздушни джобове, могилите създават a естествено вентилационна система, използваща конвекция. Инженерната фирма Аруп построи цял търговски център в Зимбабве, базиран на тази система с естествена конвекция. В момента системата използва 10 процента по-малко енергия от традиционното климатизирано съоръжение.

Препоръки на редакторите

• Пазете го в тайна, пазете го безопасно: 8 домове със скрити стаи и проходи
• Ето най-добрите технологични подаръци, които можете да вземете за $100 или по-малко