Her er 7 af de bedste eksempler på biomimik og naturinspireret design

Nogle gange er den bedste løsning på et problem ikke altid den mest komplekse, og på samme måde er det bedste svar ikke altid et nyt. Mens vi mennesker måske bare bliver våde (relativt set) af opfindsomhed, har dyreriget årtusinder af evolutionær trial-and-error at lære af.

Biomimicry, som det kaldes, er en metode til at skabe løsninger på menneskelige udfordringer ved at efterligne design og ideer, der findes i naturen. Det bruges overalt: bygninger, køretøjer og endda materialer - så vi tænkte, at det ville være sjovt at samle et par af de mest bemærkelsesværdige eksempler. Her er otte af de mest forbløffende teknologiske applikationer inspireret af naturen.

Kugletog inspireret af Kingfisher-fugle

Da japanske ingeniører påtog sig den skræmmende opgave at opgradere deres højhastigheds kugletog, ramte deres design en uheldig hage. Problemet var ikke at få disse tog op til de ønskede hastigheder, men snarere den massive mængde støj, der blev skabt af forskydningen af ​​luft foran togene. Når togene kørte ind i tunneler, ville køretøjerne ofte skabe en høj chokbølge kendt som "tunnelbom". Kraften af ​​chokbølgerne forårsagede endda strukturelle skade til flere tunneler.

Designteamet fastslog, at synderen var togenes ret stumpe næsehætte. For at minimere tunnelbommen og øge den samlede aerodynamik ville de have brug for en mere strømlinet næse. Ingeniørerne modellerede til sidst den næste model efter Kingfisher-fuglens næb.

Kingfisher-fugle har specialiserede næb, der giver dem mulighed for at dykke ned i vand for at jage, mens de laver et minimalt plask. Ved at bruge denne nye næse var næste generation af tog i 500-serien 10 procent hurtigere, forbrugt 15 procent mindre el, og vigtigst af alt, ikke mere "boom".

Vindmøller modelleret efter pukkelhvaler

Mange af vores moderne aerodynamiske designs bygger på ret grundlæggende principper. For at opnå optimal løft og minimalt træk er slanke kanter og rene linjer nøglen. Men i hele dyreriget, mange arter, i stand til enestående løft. Pukkelhvalen, for eksempel, bruger ujævne, tuberkelfinner til fremdrift - hvilket virker ret kontraintuitivt.

EN Harvard ledet forskerhold fastslog, at disse knuder gør hvalerne i stand til at vælge en stejlere "angrebsvinkel." Angrebsvinklen er vinklen mellem vandstrømmen og flipperens overflade. Med pukkelhvaler kan denne angrebsvinkel være op til 40 procent stejlere end en glat flipper. På grund af disse små kamme opstår der sektionsopstal på forskellige punkter langs finnen. Dette gør det meget nemmere at undgå, at det er fuldt på bås.

Tests gennemført af U.S. Naval Academy, ved hjælp af modelflipper, bestemte disse biomimetiske finner reducerede modstanden med næsten en tredjedel og forbedrede løft med otte procent i alt. Whale Power, et firma baseret i Toronto, Canada, har allerede udnyttet denne seneste tuberkelteknologi. Ifølge MIT, hjælper Whale Powers biomimetiske vinger med at generere den "samme mængde strøm ved 10 miles i timen, som konventionelle turbiner genererer ved 17 miles i timen."

Antimikrobiel film, der efterligner hajskind

Hajer er et af havenes top-rovdyr. Deres jagtevne er blevet finjusteret gennem årtusinders evolution. Mens hajer er velkendte for deres akutte lugtesans og regenererende tænder, kan ny forskning faktisk pege på artens hud som dens mest evolutionære nicheaktiv.

Hajskind er dækket af såkaldte "dermale dentikler". Tænk på disse som i det væsentlige fleksible lag af små tænder. Når de er i bevægelse, skaber disse dermale dentikler faktisk en lavtrykszone. Denne forkantshvirvel "trækker" i det væsentlige hajen fremad og hjælper også med at reducere modstanden. Det er overflødigt at sige, at der er masser af applikationer til et sådant design.

Speedo inkorporerede notorisk biomimetisk hajskind i en serie af badedragter til OL i 2008. Ifølge Smithsonian98 procent af medaljerne ved OL i 2008 blev vundet af svømmere iført dette hajskindsbadetøj. Siden da har teknologien været forbudt i olympiske konkurrencer.

På samme måde, mens mange akvatiske arter er kendt for at være vært for andre marinearter på deres kroppe (såsom havfugle), forbliver hajer så at sige relativt "rene". Disse mikroskopiske dermale dentikler hjælper også hajer med at afværge mikroorganismer. Den amerikanske flåde har siden udviklet et materiale, kendt som Sharklet, baseret på dette hudmønster for at hjælpe med at hæmme marin vækst på skibe. Baseret på den samme idé bruger mange hospitaler også et biomimetisk hajskind film for at bekæmpe krydskontaminering.

Hajskind, så varmt lige nu.

Høste vand som Stenocara billen

Det er virkelig ingen hemmelighed på dette tidspunkt: adgang til vand er afgørende for enhver bæredygtig civilisation og liv på denne planet generelt. Mens nogle steder på kloden har rigelige vandressourcer såsom søer og floder, må mere tørre klimaer nøjes med begrænset nedbør. Teknologi afledt af en bille, der trives i et af de hårdeste miljøer på Jorden, kan meget vel hjælpe med at starte den næste generation af høst af rent vand.

Stenocara-billen lever i den tørre afrikanske Namib-dessert, men væsen på størrelse med en krone har et evolutionært hack til at hjælpe det bogstaveligt talt med at trække vand ud af den blå luft. Et mønster af noder langs billens ryg gør det muligt for væsenet at samle fugt fra morgentågen. Så dråberne glide af bumpene i små kanaler mod billens mund. Akademikere bruger i øjeblikket denne forskning til at udvikle biomimetiske mønstre, der er i stand til at høste vand fra luften.

Absorberer stød som en spætte

Spætter er kendt for deres enestående udgravningskapacitet. Væsnerne bruger deres næb til at fouragere efter insekter og også til at skabe kroge til sig selv. Da spætter bar disse huller, oplever de en deceleration på 1200 gravitationstræk (Gs) næsten 22 gange i sekundet. For at sætte det i perspektiv, ville et alvorligt biluheld levere det, der svarer til 120 Gs på en passager. Hvordan modstår spætten disse evige stød?

Svaret: naturlige støddæmpere. Ved hjælp af video- og CT-scanninger, forsket ved University of California, Berkeley, opdagede man, at spætter har fire strukturer designet at absorbere mekanisk stød. Fuglens semi-elastiske næb, et område med "svampet knogle” materiale bag kraniet og cerebrospinalvæske arbejder alle sammen for at forlænge den tid, hvor denne hjernerystelse opstår, og derfor hæmmer vibrationerne. Baseret på dette mangefacetterede design arbejder teamet på at skabe en række applikationer, der spænder fra mere stødbestandige flyrecordere (sorte kasser) til mikrometeorit-resistente rumfartøjer.

Blæksprutter camouflage

Blæksprutter, som alle blæksprutter, er i stand til at gløde (bioluminescens) såvel som at ændre deres hudfarve. Denne camouflerende kapacitet gør det muligt for dem at gemme sig for rovdyr, mens bioluminescensen tillader dem at kommunikere med og/eller tiltrække en mage. Denne komplekse adfærd er produceret af et netværk specialiserede hudceller og muskler.

Forskere ved University of Houston har udviklet en lignende enhed, der er i stand til at registrere dens omgivelser og matche dette miljø på få sekunder. Denne tidlige prototype bruger et fleksibelt, pixeleret gitter, der bruger aktuatorer, lyssensorer og reflektorer. Som lyssensorerne opdage a en ændring i omgivelserne, sendes et signal til den tilsvarende diode. Dette skaber varme i området, og det termokromatiske gitter skifter derefter farve. Denne kunstige "hud" kunne have både militære og kommercielle anvendelser hen ad vejen.

Ventilationssystemer inspireret af termitter

Ofte handler biomimik ikke blot om at efterligne en anatomisk eller evolutionær niche af en art. Nogle gange kan vi endda tage stikord fra de strukturer, disse dyr bygger for at skabe bedre livsstøttesystemer for os selv.

Termitter får ofte en dårlig rap på grund af deres destruktive egenskaber. Termitter er dog berygtede for at skabe nogle af de mest komplicerede ventilationssystemer til afkøling på planeten. Selv på nogle af de varmeste steder forbliver disse termithøje usædvanligt kølige indeni.

Ved hjælp af et indviklet netværk af bevidst luftlommer skaber højene en naturlig ventilationssystem ved hjælp af konvektion. Ingeniørfirmaet Arup bygget et helt indkøbscenter i Zimbabwe baseret på dette naturlige konvektionssystem. I øjeblikket bruger systemet 10 procent mindre energi end et traditionelt airconditioneret anlæg.

Redaktørens anbefalinger

• Hold det hemmeligt, hold det sikkert: 8 hjem med skjulte rum og gange
• Her er de bedste tekniske gaver, du kan få for 100 USD eller mindre