Íme, a biomimikri és a természet által ihletett tervezés 7 legjobb példája

Néha a probléma legjobb megoldása nem mindig a legbonyolultabb, és ehhez hasonlóan a legjobb válasz nem mindig egy új megoldás. Míg mi, emberek talán csak (relatíve szólva) áztatjuk a lábunkat a találékonyságtól, az állatvilágnak évezredek óta tartó evolúciós kísérletei vannak, amelyekből tanulhatunk.

A biomimikri, ahogyan hívják, egy olyan módszer, amellyel az emberi kihívásokra megoldásokat találhatunk a természetben található tervek és ötletek emulálásával. Mindenhol használják: épületekben, járművekben és még anyagokban is – ezért úgy gondoltuk, szórakoztató lenne összeszedni néhány legfigyelemreméltóbb példát. Íme a nyolc legmeghökkentőbb technológiai alkalmazás, amelyeket a természet ihletett.

Jégmadár madarak ihlette golyós vonatok

Amikor a japán mérnökök vállalták a nagysebességű golyós szerelvényeik korszerűsítésének ijesztő feladatát, a tervezésük egy szerencsétlen bökkenőbe ütközött. A probléma nem az volt, hogy ezeket a vonatokat elérjék a kívánt sebességet, hanem a hatalmas mennyiségű zaj, amelyet a vonatok előtti levegő elmozdulása okozott. Ahogy a vonatok behatoltak az alagutakba, a járművek gyakran hangos lökéshullámot keltettek, amelyet „alagút-boomnak” neveztek. A lökéshullámok ereje még szerkezeti hatásokat is okozott kár több alagútba.

A tervezőcsapat megállapította, hogy a vonatok meglehetősen tompa elülső orrsapkája a tettes. Az alagút gémjének minimalizálása és az általános aerodinamika növelése érdekében áramvonalasabb orrra van szükségük. A mérnökök végül a Kingfisher madár csőréről mintázták a következő modellt.

A jégmadár speciális csőrrel rendelkezik, amely lehetővé teszi számukra, hogy vízbe merüljenek vadászni, miközben minimális fröccsenést okoznak. Ezt az új orrot kihasználva a következő generációs 500-as sorozatú vonatok 10 százalékkal voltak gyorsabbak, fogyasztottak 15 százalékkal kevesebb áram, és ami a legfontosabb, nincs többé „bumm”.

Púpos bálnák mintájára készült szélturbinák

Sok modern aerodinamikai kialakításunk meglehetősen alapvető elvekre támaszkodik. Az optimális emelés és a minimális ellenállás elérése érdekében a karcsú élek és a tiszta vonalak kulcsfontosságúak. Azonban az egész állatvilágban számos faj, amely kivételes emelésre képes. A púpos bálna például göröngyös, gumós uszonyokat használ a meghajtáshoz – ami meglehetősen ellentmondásosnak tűnik.

A Harvard A vezetett kutatócsoport megállapította, hogy ezek a csomók lehetővé teszik a bálnák számára, hogy meredekebbet válasszanak.állásszög.” A támadási szög a víz áramlása és a úszószárny lapja közötti szög. A púpos bálnáknál ez a támadási szög akár 40 százalékkal is meredekebb lehet, mint egy sima úszószárny. Ezeknek a kis gerinceknek köszönhetően az úszó különböző pontjain metszeti leállások fordulnak elő. Így sokkal könnyebben elkerülhető a teljes leállás.

Tesztek végzett Az Egyesült Államok Tengerészeti Akadémiája modellúszók segítségével megállapította, hogy ezek a biomimetikus uszonyok közel harmadával csökkentik a légellenállást, és összességében nyolc százalékkal javítják a felhajtóerőt. A kanadai torontói székhelyű Whale Power cég már kamatoztatta ezt a legújabb tuberkulózistechnológiát. Alapján MIT, a Whale Power biomimetikus lapátjai segítenek „ugyanannyi energiát generálni 10 mérföld/órás sebességgel, mint amit a hagyományos turbinák 17 mérföld/órás sebességgel termelnek”.

Cápabőrt utánzó antimikrobiális film

A cápák a tengerek egyik csúcsragadozója. Vadászkészségüket az evolúció évezredei során finomították. Míg a cápák jól ismertek akut szaglásukról és regeneráló fogaikról, az új kutatások valójában rámutathatnak a faj bőrére, mint a faj legevolúciósabb résére.

A cápabőrt úgynevezett „dermális fogsorok” borítják. Tekintsd ezeket alapvetően rugalmas rétegeknek kis fogak. Mozgás közben ezek a dermális fogsorok valójában alacsony nyomású zónát hoznak létre. Ez az élvonalbeli örvény lényegében „előrehúzza” a cápát, és segít a légellenállás csökkentésében is. Mondanom sem kell, rengeteg alkalmazás létezik egy ilyen kialakításra.

Speedo köztudottan beépítette a biomimetikus cápabőrt a 2008-as olimpiára készült fürdőruhák sorába. Szerint a Smithsonian, a 2008-as olimpián az érmek 98 százalékát ezt a cápabőr fürdőruhát viselő úszók szerezték meg. Azóta a technológia tiltott az olimpiai versenyeken.

Hasonlóképpen, bár sok vízi fajról ismert, hogy testükön más tengeri fajokat (például barackot) is találunk, a cápák úgymond viszonylag „tiszták” maradnak. Ezek a mikroszkopikus bőrfogak segítik a cápákat a mikroorganizmusok elleni védekezésben. Az amerikai haditengerészet azóta kifejlesztett egy anyagot, az ún Sharklelet, ezen a bőrmintán alapulva segít gátolni a tengeri növekedést a hajókon. Ugyanezen ötlet alapján sok kórház biomimetikus cápabőrt is használ film a keresztszennyeződés leküzdésére.

Cápabőr, olyan meleg most.

Vízgyűjtés, mint a Stenocara bogár

Jelenleg nem titok: a vízhez való hozzáférés kulcsfontosságú minden fenntartható civilizáció és általában véve az élet számára ezen a bolygón. Míg a földkerekség egyes helyein bőséges vízkészletek, például tavak és folyók találhatók, a szárazabb éghajlatnak meg kell elégednie a korlátozott csapadékkal. A Föld egyik legzordabb környezetében virágzó bogárból származó technológia nagyon is segíthet a tiszta víz gyűjtésének következő generációjának elindításában.

A Stenocara bogár a száraz afrikai namíb desszertben él, de a centiméter méretű lénynek van egy evolúciós módszere, amely segít a szó szoros értelmében kihúzni a vizet a szó szoros értelmében vett levegőből. A bogár hátán lévő csomópontok mintázata lehetővé teszi, hogy a lény összegyűjtse a nedvességet a reggeli ködből. A cseppek akkor csúszik a dudorokból kis csatornákba a bogár szája felé. Az akadémikusok jelenleg ezt a kutatást használják olyan biomimetikai minták kifejlesztésére, amelyek képesek a levegőből vizet gyűjteni.

Elnyeli a sokkot, mint a harkály

A harkályok kivételes ásóképességükről ismertek. A lények a csőrüket arra használják, hogy rovarokat keressenek, és kuckókat alakítsanak ki maguknak. Ahogy a harkályok fúrták ezeket a lyukakat, másodpercenként közel 22-szer 1200 gravitációs húzás (Gs) lassulást tapasztalnak. Ha ezt szem előtt tartjuk, egy súlyos autóbaleset megfelelő lenne 120 Gs egy utason. Hogy bírja a harkály ezeket az örökös lökéseket?

A válasz: természetes lengéscsillapítók. A Berkeley-i Kaliforniai Egyetemen végzett video- és CT-vizsgálatok segítségével felfedezték, hogy a harkályoknak négy szerkezete van. tervezett mechanikai ütések elnyelésére. A madár félig rugalmas csőre, egy területszivacsos csont” a koponya mögötti anyag és az agy-gerincvelői folyadék együttesen dolgoznak, hogy meghosszabbítsák az agyrázkódás időtartamát, és ezáltal gátolja a vibrációt. E sokrétű tervezés alapján a csapat olyan alkalmazások létrehozásán dolgozik, amelyek az ütésállóbb repülésrögzítőktől (fekete dobozok) a mikrometeoritnak ellenálló űrhajókig terjednek.

Fejlábú álcázás

A tintahal, mint minden fejlábú, képes ragyogni (biolumineszcencia), valamint megváltoztatni bőrszínét. Ez az álcázó képesség lehetővé teszi számukra, hogy elrejtőzzenek a ragadozók elől, míg a biolumineszcencia lehetővé teszi számukra, hogy kommunikáljanak és/vagy magukhoz vonzzák a társukat. Ezt az összetett viselkedést egy hálózatra specializálódott bőrsejtek és izmok hozzák létre.

A Houstoni Egyetem kutatói egy hasonló eszközt fejlesztettek ki, amely másodpercek alatt képes érzékelni a környezetét, és megfelelni ennek a környezetnek. Ez a korai prototípus rugalmas, pixeles rácsot használ működtetők, fényérzékelők és reflektorok felhasználásával. Mint a fényérzékelők felismerni a környezet megváltozása esetén jelet küld a megfelelő diódára. Ez hőt hoz létre a területen, és a termokromatikus rács színe megváltozik. Ennek a mesterséges „bőrnek” katonai és kereskedelmi felhasználása is lehet.

A termeszek által ihletett szellőzőrendszerek

A biomimikri gyakran nem egyszerűen egy faj anatómiai vagy evolúciós résének utánzását jelenti. Néha még az állatok által felépített struktúrákból is jeleket vehetünk, hogy jobb életfenntartó rendszereket hozzunk létre magunknak.

A termeszek gyakran rossz ütést kapnak pusztító tulajdonságaik miatt. A termeszek azonban arról híresek, hogy a bolygó legkifinomultabb hűtési rendszereit alkotják. Még a legmelegebb helyeken is kivételesen hűvösek maradnak ezek a termeszhalmok.

A szándékosan légzsebek bonyolult hálózatát felhasználva a halmok létrehozzák a természetes szellőztető rendszer konvekcióval. A mérnöki cég Arup egy egész bevásárlóközpontot épített Zimbabwéban erre a természetes konvekciós rendszerre alapozva. Jelenleg a rendszer 10-et használ százalék kevesebb energia, mint egy hagyományos légkondicionált létesítmény.

Szerkesztői ajánlások

• Tartsa titokban, őrizze meg: 8 otthon rejtett szobákkal és átjárókkal
• Íme a legjobb technikai ajándékok, amelyeket 100 dollárért vagy kevesebbért kaphat