Hier sind 7 der besten Beispiele für Biomimikry und von der Natur inspiriertes Design

Manchmal ist die beste Lösung für ein Problem nicht immer die komplexeste, und ebenso ist die beste Antwort nicht immer eine neue. Während wir Menschen (relativ gesehen) gerade erst mit dem Einfallsreichtum beginnen, kann das Tierreich auf Jahrtausende evolutionärer Versuche und Irrtümer zurückgreifen, aus denen wir lernen können.

Biomimikry, wie es genannt wird, ist eine Methode zur Schaffung von Lösungen für menschliche Herausforderungen durch Nachahmung von Designs und Ideen aus der Natur. Es wird überall verwendet: in Gebäuden, Fahrzeugen und sogar Materialien – daher dachten wir, es würde Spaß machen, einige der bemerkenswertesten Beispiele zusammenzufassen. Hier sind acht der erstaunlichsten technologischen Anwendungen, die von der Natur inspiriert wurden.

Hochgeschwindigkeitszüge, inspiriert von Eisvogelvögeln

Als japanische Ingenieure sich der gewaltigen Aufgabe stellten, ihre Hochgeschwindigkeitszüge zu modernisieren, stieß ihr Design auf einen unglücklichen Haken. Das Problem bestand nicht darin, diese Züge auf die gewünschte Geschwindigkeit zu bringen, sondern vielmehr in der enormen Lärmbelastung, die durch die Luftverdrängung vor den Zügen entstand. Wenn die Züge in Tunnel einfuhren, erzeugten die Fahrzeuge oft eine laute Druckwelle, die als „Tunnelboom“ bekannt ist. Die Kraft der Stoßwellen verursachte sogar strukturelle Schäden Schaden zu mehreren Tunneln.

Als Schuldigen identifizierte das Designteam die eher stumpfe vordere Nasenkappe des Zuges. Um den Tunnelboom zu minimieren und die Gesamtaerodynamik zu verbessern, wäre eine stromlinienförmigere Nase erforderlich. Die Ingenieure modellierten schließlich das nächste Modell nach dem Schnabel des Eisvogelvogels.

Eisvögel haben spezielle Schnäbel, die es ihnen ermöglichen, zur Jagd ins Wasser zu tauchen und dabei nur minimale Spritzer zu erzeugen. Mit dieser neuen Nase waren die Züge der nächsten Generation der 500er-Serie 10 Prozent schneller und verbrauchten 10 Prozent schneller 15 Prozent weniger Strom, und, was am wichtigsten ist, kein „Boom“ mehr.

Windkraftanlagen nach dem Vorbild von Buckelwalen

Viele unserer modernen aerodynamischen Designs basieren auf eher grundlegenden Prinzipien. Um optimalen Auftrieb und minimalen Luftwiderstand zu erzielen, sind glatte Kanten und klare Linien der Schlüssel. Allerdings gibt es im gesamten Tierreich viele Arten, die zu außergewöhnlichem Auftrieb fähig sind. Der Buckelwal zum Beispiel nutzt holprige, höckerige Flossen als Antrieb – was eher kontraintuitiv erscheint.

A Harvard Ein geleitetes Forschungsteam stellte fest, dass diese Knötchen es den Walen ermöglichen, einen steileren Weg zu wählen.Angriffswinkel.“ Der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen der Wasserströmung und der Oberfläche der Flosse. Bei Buckelwalen kann dieser Angriffswinkel bis zu 40 Prozent steiler sein als bei einem glatten Flossenwal. Aufgrund dieser kleinen Grate kommt es an verschiedenen Stellen entlang der Flosse zu Sektionalabrissen. Dadurch lässt sich ein Strömungsabriss deutlich leichter vermeiden.

Tests durchgeführt Von der U.S. Naval Academy wurde mithilfe von Modellflossen festgestellt, dass diese biomimetischen Flossen den Luftwiderstand um fast ein Drittel reduzierten und den Auftrieb insgesamt um acht Prozent verbesserten. Whale Power, ein Unternehmen mit Sitz in Toronto, Kanada, hat bereits von dieser neuesten Tuberkeltechnologie profitiert. Entsprechend MIT, helfen die biomimetischen Rotorblätter von Whale Power dabei, „bei 10 Meilen pro Stunde die gleiche Strommenge zu erzeugen, die herkömmliche Turbinen bei 17 Meilen pro Stunde erzeugen.“

Antimikrobieller Film imitiert Haifischhaut

Haie gehören zu den Spitzenprädatoren der Meere. Ihre Jagdfähigkeiten wurden im Laufe der Jahrtausende der Evolution verfeinert. Während Haie für ihren ausgeprägten Geruchssinn und ihre regenerierenden Zähne bekannt sind, deuten neue Forschungsergebnisse möglicherweise darauf hin, dass die Haut der Art ihr evolutionär wichtigstes Nischengut ist.

Haifischhaut ist mit sogenannten „dermalen Dentikeln“ bedeckt. Stellen Sie sich diese als im Wesentlichen flexible Schichten vor kleine Zähne. Bei Bewegung erzeugen diese dermalen Zähnchen tatsächlich eine Unterdruckzone. Dieser Vorderkantenwirbel „zieht“ den Hai im Wesentlichen nach vorne und trägt auch dazu bei, den Luftwiderstand zu verringern. Es versteht sich von selbst, dass es für ein solches Design viele Anwendungsmöglichkeiten gibt.

Speedo hat für die Olympischen Spiele 2008 bekanntermaßen biomimetische Haifischhaut in eine Badekollektion integriert. Entsprechend der Smithsonian98 Prozent der Medaillen bei den Olympischen Spielen 2008 wurden von Schwimmern gewonnen, die diese Haifischhaut-Badebekleidung trugen. Seitdem ist die Technologie im olympischen Wettbewerb verboten.

Auch wenn viele im Wasser lebende Arten bekanntermaßen andere Meeresbewohner (z. B. Seepocken) auf ihrem Körper beherbergen, bleiben Haie sozusagen relativ „sauber“. Diese mikroskopisch kleinen Hautzähnchen helfen Haien auch dabei, Mikroorganismen abzuwehren. Die US-Marine hat seitdem ein Material namens entwickelt Sharklet, basierend auf diesem Hautmuster, um das Meereswachstum auf Schiffen zu verhindern. Basierend auf dieser Idee verwenden viele Krankenhäuser auch eine biomimetische Haifischhaut Film zur Bekämpfung von Kreuzkontaminationen.

Sharkskin, so heiß im Moment.

Wasser ernten wie der Stenocara-Käfer

Zum jetzigen Zeitpunkt ist es wirklich kein Geheimnis: Der Zugang zu Wasser ist von entscheidender Bedeutung für jede nachhaltige Zivilisation und das Leben auf diesem Planeten im Allgemeinen. Während einige Orte auf der Welt über reichlich Wasserressourcen wie Seen und Flüsse verfügen, müssen trockenere Klimazonen mit begrenzten Niederschlägen auskommen. Technologie, die von einem Käfer abgeleitet wurde, der in einer der rauesten Umgebungen der Erde gedeiht, könnte durchaus dazu beitragen, die nächste Generation der Gewinnung von sauberem Wasser zu starten.

Der Stenocara-Käfer lebt in der trockenen afrikanischen Namib-Wüste, aber das kleine Lebewesen verfügt über einen evolutionären Trick, der ihm dabei hilft, buchstäblich Wasser aus der Luft zu ziehen. Ein Muster aus Knoten entlang des Rückens des Käfers ermöglicht es ihm, Feuchtigkeit aus dem Morgennebel zu sammeln. Die Tröpfchen dann gleiten weg von den Unebenheiten in kleine Kanäle zum Maul des Käfers. Wissenschaftler nutzen diese Forschung derzeit, um biomimetische Muster zu entwickeln, mit denen Wasser aus der Luft gewonnen werden kann.

Absorbiert Stöße wie ein Specht

Spechte sind für ihre außergewöhnliche Grableistung bekannt. Mit ihren Schnäbeln suchen die Tiere nach Insekten und schaffen sich auch Nischen. Wenn Spechte diese Löcher bohren, erfahren sie fast 22 Mal pro Sekunde eine Verzögerung von 1200 Gravitationskräften (Gs). Um das ins rechte Licht zu rücken: Ein schwerer Autounfall würde das Äquivalent von verursachen 120 Gs auf einem Passagier. Wie hält der Specht diesen ständigen Stößen stand?

Die Antwort: natürliche Stoßdämpfer. Mithilfe von Video- und CT-Scans entdeckten Forscher an der University of California in Berkeley, dass Spechte vier Strukturen haben entworfen um mechanische Stöße zu absorbieren. Der halbelastische Schnabel des Vogels, ein Bereich von „poröser KnochenDas Material hinter dem Schädel und die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit wirken zusammen, um die Zeitspanne zu verlängern, in der diese Gehirnerschütterung auftritt, und hemmen somit Vibrationen. Basierend auf diesem vielschichtigen Design arbeitet das Team an der Entwicklung einer Reihe von Anwendungen, die von stoßfesteren Flugschreibern (Black Boxes) bis hin zu mikrometeoritenresistenten Raumfahrzeugen reichen.

Kopffüßer-Tarnung

Tintenfische können wie alle Kopffüßer leuchten (Biolumineszenz) und ihre Hautfarbe ändern. Diese Tarnfähigkeit ermöglicht es ihnen, sich vor Raubtieren zu verstecken, während die Biolumineszenz es ihnen ermöglicht, mit einem Partner zu kommunizieren und/oder ihn anzulocken. Dieses komplexe Verhalten wird durch ein Netzwerk spezialisierter Hautzellen und Muskeln hervorgerufen.

Forscher der University of Houston haben ein ähnliches Gerät entwickelt, das in Sekundenschnelle seine Umgebung erkennen und sich an diese Umgebung anpassen kann. Dieser frühe Prototyp verwendet ein flexibles, pixeliges Raster mit Aktoren, Lichtsensoren und Reflektoren. B. die Lichtsensoren erkennen Bei einer Änderung der Umgebung wird ein Signal an die entsprechende Diode gesendet. Dadurch entsteht Wärme in dem Bereich und das thermochromatische Gitter ändert daraufhin seine Farbe. Diese künstliche „Haut“ könnte später sowohl militärische als auch kommerzielle Anwendungen haben.

Von Termiten inspirierte Lüftungssysteme

Bei der Biomimikry geht es oft nicht nur darum, eine anatomische oder evolutionäre Nische einer Art nachzuahmen. Manchmal können wir uns sogar an den Strukturen dieser Tiere orientieren, um bessere Lebenserhaltungssysteme für uns selbst zu schaffen.

Termiten haben aufgrund ihrer zerstörerischen Eigenschaften oft einen schlechten Ruf. Allerdings sind Termiten dafür berüchtigt, einige der ausgefeiltesten Lüftungssysteme zur Kühlung auf dem Planeten zu erschaffen. Selbst an einigen der heißesten Orte, diesen Termitenhügeln, bleibt es im Inneren außergewöhnlich kühl.

Mithilfe eines komplizierten Netzwerks absichtlicher Lufteinschlüsse erzeugen die Hügel eine natürlich Belüftungssystem mit Konvektion. Das Ingenieurbüro Arup baute in Simbabwe ein ganzes Einkaufszentrum auf Basis dieses natürlichen Konvektionssystems. Derzeit verwendet das System 10 Prozent weniger Energie als eine herkömmliche klimatisierte Anlage.

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