Εδώ είναι 7 από τα καλύτερα παραδείγματα βιομιμίας και σχεδιασμού εμπνευσμένου από τη φύση

Μερικές φορές η καλύτερη λύση σε ένα πρόβλημα δεν είναι πάντα η πιο περίπλοκη και, ομοίως, η καλύτερη απάντηση δεν είναι πάντα μια νέα. Ενώ εμείς οι άνθρωποι μπορεί απλώς να βρέχουμε τα πόδια μας (σχετικά μιλώντας) με ευρηματικότητα, το ζωικό βασίλειο έχει χιλιετίες εξελικτικών δοκιμών και σφαλμάτων για να μάθουμε.

Η βιομίμηση, όπως λέγεται, είναι μια μέθοδος για τη δημιουργία λύσεων στις ανθρώπινες προκλήσεις με μίμηση σχεδίων και ιδεών που βρίσκονται στη φύση. Χρησιμοποιείται παντού: κτίρια, οχήματα, ακόμη και υλικά — οπότε σκεφτήκαμε ότι θα ήταν διασκεδαστικό να συγκεντρώσουμε μερικά από τα πιο αξιοσημείωτα παραδείγματα. Εδώ είναι οκτώ από τις πιο εκπληκτικές τεχνολογικές εφαρμογές εμπνευσμένες από τη φύση.

Τρένα Bullet εμπνευσμένα από τα πουλιά Kingfisher

Όταν οι Ιάπωνες μηχανικοί ανέλαβαν το τρομακτικό έργο της αναβάθμισης των τρένων τους με σφαίρες υψηλής ταχύτητας, ο σχεδιασμός τους χτύπησε ένα ατυχές εμπόδιο. Το πρόβλημα δεν ήταν να φτάσουν αυτές οι αμαξοστοιχίες στις επιθυμητές ταχύτητες, αλλά μάλλον η τεράστια ποσότητα θορύβου που δημιουργείται από τη μετατόπιση του αέρα μπροστά από τα τρένα. Καθώς τα τρένα έμπαιναν στις σήραγγες, τα οχήματα συχνά δημιουργούσαν ένα δυνατό ωστικό κύμα γνωστό ως «μπουμ τούνελ». Η δύναμη των κρουστικών κυμάτων προκάλεσε ακόμη και δομικά βλάβη σε πολλές σήραγγες.

Η ομάδα σχεδιασμού καθόρισε ότι ο ένοχος ήταν το μάλλον αμβλύ μπροστινό καπάκι των τρένων. Για να ελαχιστοποιηθεί η μπούμα της σήραγγας και να αυξηθεί η συνολική αεροδυναμική, θα χρειαζόταν μια πιο βελτιωμένη μύτη. Οι μηχανικοί δημιούργησαν τελικά το επόμενο μοντέλο μετά το ράμφος του πουλιού Kingfisher.

Τα πτηνά αλκυόνα έχουν εξειδικευμένα ράμφη που τους επιτρέπουν να βουτήξουν στο νερό για να κυνηγήσουν ενώ κάνουν ένα ελάχιστο πιτσίλισμα. Χρησιμοποιώντας αυτή τη νέα μύτη, τα τρένα της επόμενης γενιάς της σειράς 500 καταναλώθηκαν 10 τοις εκατό πιο γρήγορα 15 τοις εκατό λιγότερο ρεύμα, και, το πιο σημαντικό, όχι άλλο «μπουμ».

Ανεμογεννήτριες διαμορφωμένες σύμφωνα με τις φάλαινες φυσητήρες

Πολλά από τα σύγχρονα αεροδυναμικά μας σχέδια βασίζονται σε μάλλον βασικές αρχές. Για τη βέλτιστη ανύψωση και την ελάχιστη αντίσταση, οι κομψές άκρες και οι καθαρές γραμμές είναι το κλειδί. Ωστόσο, σε όλο το ζωικό βασίλειο, πολλά είδη, ικανά για εξαιρετική ανύψωση. Η καμπουροφάλαινα, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί ανώμαλα, φυματίνια πτερύγια για πρόωση — κάτι που φαίνεται μάλλον αντιδιαισθητικό.

ΕΝΑ Χάρβαρντ Η επικεφαλής ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι αυτοί οι όζοι, δίνουν τη δυνατότητα στις φάλαινες να επιλέξουν ένα πιο απότομο "γωνία επίθεσης.» Η γωνία προσβολής είναι η γωνία μεταξύ της ροής του νερού και της όψης του πτερυγίου. Με τις καμπουρφάλαινες, αυτή η γωνία επίθεσης μπορεί να είναι έως και 40 τοις εκατό πιο απότομη από ένα ομαλό πτερύγιο. Λόγω αυτών των μικρών κορυφογραμμών, εμφανίζονται τμηματικοί πάγκοι σε διαφορετικά σημεία κατά μήκος του πτερυγίου. Αυτό καθιστά πολύ πιο εύκολο να αποφευχθεί η πλήρης τοποθέτηση.

Δοκιμές διεξαχθεί από τη Ναυτική Ακαδημία των ΗΠΑ, χρησιμοποιώντας βατραχοπέδιλα μοντέλων, προσδιόρισε αυτά τα βιομιμητικά πτερύγια μείωσαν την αντίσταση κατά σχεδόν ένα τρίτο και βελτίωσαν την ανύψωση κατά οκτώ τοις εκατό συνολικά. Η Whale Power, μια εταιρεία που εδρεύει στο Τορόντο του Καναδά, έχει ήδη κεφαλαιοποιήσει αυτήν την τελευταία τεχνολογία φυματίωσης. Σύμφωνα με MIT, Τα βιομιμητικά πτερύγια της Whale Power βοηθούν στην παραγωγή της «ίδιας ισχύος στα 10 μίλια την ώρα που παράγουν οι συμβατικοί στρόβιλοι με 17 μίλια την ώρα».

Αντιμικροβιακό φιλμ που μιμείται το δέρμα του καρχαρία

Οι καρχαρίες είναι ένας από τους κορυφαίους θηρευτές των θαλασσών. Η κυνηγετική τους ικανότητα έχει βελτιωθεί κατά τη διάρκεια χιλιετιών εξέλιξης. Ενώ οι καρχαρίες είναι γνωστοί για την οξεία αίσθηση της όσφρησης και την αναγέννηση των δοντιών τους, νέα έρευνα μπορεί στην πραγματικότητα να υποδείξει το δέρμα του είδους ως το πιο εξελικτικό πλεονέκτημά του.

Το δέρμα του καρχαρία καλύπτεται με τα λεγόμενα «δερμικά οδοντοστοιχεία». Σκεφτείτε αυτά ως ουσιαστικά εύκαμπτα στρώματα μικρά δόντια. Όταν βρίσκονται σε κίνηση, αυτές οι δερματικές οδοντοστοιχίες δημιουργούν στην πραγματικότητα μια ζώνη χαμηλής πίεσης. Αυτή η δίνη αιχμής ουσιαστικά «τραβάει» τον καρχαρία προς τα εμπρός και επίσης βοηθά στη μείωση της οπισθέλκουσας. Περιττό να πούμε ότι υπάρχουν πολλές εφαρμογές για ένα τέτοιο σχέδιο.

Η Speedo περιβόητα ενσωμάτωσε το βιομιμητικό δέρμα καρχαρία σε μια σειρά μαγιό για τους Ολυμπιακούς Αγώνες του 2008. Σύμφωνα με την Smithsonian, το 98 τοις εκατό των μεταλλίων στους Ολυμπιακούς Αγώνες του 2008 κέρδισαν κολυμβητές που φορούσαν αυτό το μαγιό από δέρμα καρχαρία. Από τότε η τεχνολογία έχει απαγορευτεί στους Ολυμπιακούς αγώνες.

Παρομοίως, ενώ πολλά υδρόβια είδη είναι γνωστό ότι φιλοξενούν άλλα θαλάσσια είδη στο σώμα τους (όπως οι καρχαρίες), οι καρχαρίες παραμένουν σχετικά «καθαροί» ούτως ή άλλως. Αυτές οι μικροσκοπικές δερματικές οδοντοστοιχίες βοηθούν επίσης τους καρχαρίες να αποκρούσουν τους μικροοργανισμούς. Το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ ανέπτυξε έκτοτε ένα υλικό, γνωστό ως Sharklet, με βάση αυτό το μοτίβο δέρματος για να βοηθήσει στην αναστολή της θαλάσσιας ανάπτυξης στα πλοία. Με βάση αυτή την ίδια ιδέα, πολλά νοσοκομεία χρησιμοποιούν επίσης ένα βιομιμητικό δέρμα καρχαρία ταινία για την καταπολέμηση της διασταυρούμενης μόλυνσης.

Καρχαρία, τόσο ζεστό αυτή τη στιγμή.

Συγκομιδή νερού σαν το σκαθάρι Stenocara

Δεν είναι πραγματικά μυστικό σε αυτή τη συγκυρία: η πρόσβαση στο νερό είναι ζωτικής σημασίας για κάθε βιώσιμο πολιτισμό και τη ζωή σε αυτόν τον πλανήτη γενικά. Ενώ ορισμένες τοποθεσίες στον κόσμο έχουν άφθονους υδάτινους πόρους, όπως λίμνες και ποτάμια, τα πιο ξηρά κλίματα πρέπει να αρκεστούν σε περιορισμένες βροχοπτώσεις. Η τεχνολογία που προέρχεται από ένα σκαθάρι που ευδοκιμεί σε ένα από τα πιο σκληρά περιβάλλοντα στη Γη μπορεί κάλλιστα να βοηθήσει στην έναρξη της επόμενης γενιάς συλλογής καθαρού νερού.

Ο κάνθαρος Stenocara ζει στο άνυδρο αφρικανικό επιδόρπιο Namib, αλλά το πλασματάκι σε μέγεθος δεκάρας έχει μια εξελικτική αμυχή για να το βοηθήσει να τραβήξει κυριολεκτικά το νερό από τον κυριολεκτικά λεπτό αέρα. Ένα σχέδιο κόμβων κατά μήκος της πλάτης του σκαθαριού επιτρέπει στο πλάσμα να συλλέγει την υγρασία από την πρωινή ομίχλη. Τα σταγονίδια τότε ολίσθηση από τα χτυπήματα σε μικρά κανάλια προς το στόμα του σκαθαριού. Οι ακαδημαϊκοί χρησιμοποιούν αυτήν την έρευνα για να αναπτύξουν βιομιμητικά μοτίβα ικανά να συλλέγουν νερό από τον αέρα.

Απορροφώντας τους κραδασμούς σαν δρυοκολάπτης

Οι δρυοκολάπτες είναι γνωστοί για την εξαιρετική τους ικανότητα εκσκαφής. Τα πλάσματα χρησιμοποιούν το ράμφος τους για να αναζητήσουν τροφή για έντομα και επίσης για να δημιουργήσουν γωνίες για τον εαυτό τους. Καθώς οι δρυοκολάπτες άνοιξαν αυτές τις τρύπες, βιώνουν μια επιβράδυνση 1200 βαρυτικών έλξεων (Gs) σχεδόν 22 φορές το δευτερόλεπτο. Για να το θέσουμε αυτό στην προοπτική, ένα σοβαρό τροχαίο ατύχημα θα είχε το αντίστοιχο 120 Γς σε επιβάτη. Πώς αντέχει ο δρυοκολάπτης αυτά τα αέναα τραντάγματα;

Η απάντηση: φυσικά αμορτισέρ. Χρησιμοποιώντας βίντεο και αξονικές τομογραφίες, που ερευνήθηκαν στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, ανακάλυψαν ότι οι δρυοκολάπτες έχουν τέσσερις δομές σχεδιασμένο για την απορρόφηση μηχανικών κραδασμών. Το ημιελαστικό ράμφος του πουλιού, μια περιοχή "σπογγώδες κόκκαλοΤο υλικό πίσω από το κρανίο και το εγκεφαλονωτιαίο υγρό λειτουργούν από κοινού για να παρατείνουν το χρόνο κατά τον οποίο συμβαίνει αυτή η διάσειση και επομένως να αναστέλλουν τη δόνηση. Με βάση αυτό το πολύπλευρο σχέδιο, η ομάδα εργάζεται για τη δημιουργία μιας σειράς εφαρμογών που κυμαίνονται από πιο ανθεκτικά σε κραδασμούς καταγραφείς πτήσης (μαύρα κουτιά) έως ανθεκτικά στους μικρομετεωρίτες διαστημόπλοια.

Καμουφλάζ κεφαλόποδων

Τα καλαμάρια, όπως όλα τα κεφαλόποδα, είναι ικανά να λάμπουν (βιοφωταύγεια) καθώς και να αλλάζουν το χρώμα του δέρματός τους. Αυτή η ικανότητα καμουφλάζ τους επιτρέπει να κρύβονται από τα αρπακτικά, ενώ η βιοφωταύγεια τους επιτρέπει να επικοινωνούν και/ή να προσελκύουν έναν σύντροφο. Αυτή η πολύπλοκη συμπεριφορά παράγεται από ένα δίκτυο εξειδικευμένων κυττάρων δέρματος και μυών.

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Χιούστον έχουν αναπτύξει μια παρόμοια συσκευή ικανή να ανιχνεύει το περιβάλλον του και να ταιριάζει με αυτό το περιβάλλον μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Αυτό το πρώιμο πρωτότυπο χρησιμοποιεί ένα ευέλικτο πλέγμα με pixel που χρησιμοποιεί ενεργοποιητές, αισθητήρες φωτός και ανακλαστήρες. Όπως οι αισθητήρες φωτός ανιχνεύουν μια αλλαγή στο περιβάλλον, στέλνεται σήμα στην αντίστοιχη δίοδο. Αυτό δημιουργεί θερμότητα στην περιοχή και το θερμοχρωματικό πλέγμα στη συνέχεια αλλάζει χρώμα. Αυτό το τεχνητό «δέρμα» θα μπορούσε να έχει τόσο στρατιωτικές όσο και εμπορικές εφαρμογές στο δρόμο.

Συστήματα εξαερισμού εμπνευσμένα από τερμίτες

Συχνά, η βιομίμηση δεν είναι απλώς η μίμηση μιας ανατομικής ή εξελικτικής θέσης ενός είδους. Μερικές φορές, μπορούμε ακόμη και να πάρουμε στοιχεία από τις δομές που κατασκευάζουν αυτά τα ζώα για να δημιουργήσουμε καλύτερα συστήματα υποστήριξης της ζωής για τον εαυτό μας.

Οι τερμίτες συχνά δέχονται μια κακή ραπ λόγω των καταστροφικών ιδιοτήτων τους. Ωστόσο, οι τερμίτες είναι διαβόητοι για τη δημιουργία μερικών από τα πιο περίτεχνα συστήματα εξαερισμού για ψύξη στον πλανήτη. Ακόμη και σε μερικά από τα πιο καυτά μέρη, αυτοί οι τύμβοι τερμιτών, παραμένουν εξαιρετικά δροσεροί στο εσωτερικό τους.

Χρησιμοποιώντας ένα περίπλοκο δίκτυο από σκόπιμα θύλακες αέρα, οι αναχώματα δημιουργούν α φυσικός σύστημα εξαερισμού με χρήση συναγωγής. Η εταιρεία μηχανικών Arup έχτισε ένα ολόκληρο εμπορικό κέντρο στη Ζιμπάμπουε βασισμένο σε αυτό το φυσικό σύστημα μεταφοράς. Επί του παρόντος το σύστημα χρησιμοποιεί 10 τοις εκατό λιγότερη ενέργεια από μια παραδοσιακή κλιματιζόμενη εγκατάσταση.

Συστάσεις των συντακτών

• Κρατήστε το μυστικό, κρατήστε το ασφαλές: 8 σπίτια με κρυφά δωμάτια και περάσματα
• Εδώ είναι τα καλύτερα δώρα τεχνολογίας που μπορείτε να αγοράσετε για 100 $ ή λιγότερο