バイオミミクリーと自然からインスピレーションを得たデザインの最良の例 7 つをご紹介します

問題に対する最善の解決策が必ずしも最も複雑であるとは限らず、同様に、最善の答えが常に新しいものであるとは限りません。 私たち人間は（比較的に）創意工夫に取り組んでいるだけかもしれませんが、動物界には何千年にもわたる進化上の試行錯誤があり、そこから学ぶべきです。

バイオミミクリーとは、自然界で見られるデザインやアイデアを模倣することによって、人間の課題に対する解決策を生み出す方法です。 建物、乗り物、マテリアルなどあらゆる場所で使用されているため、最も注目に値する例をいくつかまとめてみるのも楽しいだろうと考えました。 ここでは、自然からインスピレーションを得た最も驚くべき技術アプリケーションを 8 つ紹介します。

カワセミをイメージした新幹線

日本の技術者が高速新幹線をアップグレードするという気の遠くなるような仕事に取り組んだとき、その設計は不幸な問題に遭遇しました。 問題は、この列車を所望の速度に達させることではなく、むしろ列車の前方の空気の移動によって生じる大量の騒音でした。 列車がトンネルに入ると、車両は「トンネルブーム」として知られる大きな衝撃波を発生させることがよくありました。 衝撃波の威力は構造破壊さえ引き起こした ダメージ いくつかのトンネルへ。

設計チームは、電車のフロントノーズキャップが鈍いことが原因であると判断しました。 トンネルブームを最小限に抑え、全体的な空気力学を向上させるには、より流線型のノーズが必要になります。 エンジニアたちは最終的に、カワセミのくちばしをモデルにして次のモデルを作成しました。

カワセミの鳥は特殊なくちばしを持っており、水しぶきを最小限に抑えながら水に飛び込み狩りをすることができます。 この新しい先頭部を利用して、次世代の 500 シリーズ電車は 10% 高速になり、消費効率も向上しました。 電力が 15% 削減、そして最も重要なことは、もう「ブーム」ではないということです。

ザトウクジラを模した風車

私たちの最新の空気力学的デザインの多くは、かなり基本的な原則に基づいています。 最適な揚力と最小限の抗力を得るには、滑らかなエッジときれいなラインが重要です。 しかし、動物界全体では、多くの種が並外れた揚力を持っています。 たとえば、ザトウクジラは推進力としてでこぼこの結節ヒレを使用しますが、これはかなり直観に反するように思えます。

あ ハーバード大学 主導された研究チームは、これらの結節により、クジラがより急な傾斜を選択できるようになったと判断しました。迎え角」 迎え角とは、水の流れとフリッパーの面との間の角度です。 ザトウクジラの場合、この攻撃角度は滑らかなひれよりも最大 40% 急になる可能性があります。 これらの小さな尾根により、フィンに沿ったさまざまな点で部分的な失速が発生します。 これにより、完全な失速を回避しやすくなります。

テスト 実施した 米国海軍兵学校は、モデルの足ひれを使用して、これらの生体模倣フィンが抗力を 3 分の 1 近く削減し、揚力を全体で 8% 改善したことを確認しました。 カナダのトロントに拠点を置く企業ホエール・パワーは、すでにこの最新の結核技術を活用しています。 によると マサチューセッツ工科大学, Whale Power のバイオミメティックブレードは、「従来のタービンが時速 27 マイルで生成するのと同じ量の電力を時速 16 マイルで生成」するのに役立ちます。

サメ革を模した抗菌フィルム

サメは海の頂点捕食者の一つです。 彼らの狩猟能力は、数千年にわたる進化の中で微調整されてきました。 サメはその鋭い嗅覚と再生する歯でよく知られていますが、新しい研究は実際、この種の皮膚が最も進化したニッチ資産であることを指摘しているかもしれません。

サメ皮は、いわゆる「真皮歯状」で覆われています。 これらは本質的に柔軟な層であると考えてください。 小さな歯. 動いているとき、これらの真皮歯状組織は実際に低圧ゾーンを作成します。 この前縁の渦は本質的にサメを前方に「引っ張り」、抗力を減らすのにも役立ちます。 言うまでもなく、このようなデザインには多くの用途があります。

Speedo は、2008 年のオリンピックの水着ラインに生体模倣シャークスキンを取り入れたことで有名です。 による スミソニアン博物館, 2008年のオリンピックでメダルの98パーセントは、このシャークスキンの水着を着た選手によって獲得されました。 それ以来、この技術はオリンピック競技では禁止されました。

同様に、多くの水生種は他の海生種（フジツボなど）をその体に宿すことが知られていますが、サメはいわば比較的「清潔」な状態を保っています。 これらの微細な皮膚歯は、サメが微生物をかわすのにも役立ちます。 その後、アメリカ海軍は、として知られる材料を開発しました。 シャークレット、この皮膚のパターンに基づいており、船舶の海洋成長を抑制します。 これと同じ考えに基づいて、多くの病院でも生体模倣シャークスキンが使用されています。 映画 相互汚染と戦うために。

シャークスキン、今とても暑いです。

ステノカラハムシのように水を収穫する

現時点では、それはまったく秘密ではありません。水へのアクセスは、この地球上の持続可能な文明と生命全般にとって極めて重要です。 地球上の一部の場所には湖や川などの豊富な水資源がありますが、より乾燥した気候では降水量が限られているため、対処しなければなりません。 地球上で最も過酷な環境の一つで繁栄する甲虫から得られた技術は、次世代のきれいな水の採取を開始するのに大いに役立つ可能性があります。

ステノカラカブトムシはアフリカのナミブ砂漠の乾燥地帯に住んでいますが、この10セント硬貨ほどの大きさの生き物は、文字通り薄い空気から水を汲み出す進化のハックを持っています。 カブトムシの背中に沿った節のパターンにより、カブトムシは朝霧から水分を集めることができます。 その時の水滴は 滑り台 でこぼこからカブトムシの口に向かう小さな溝に入ります。 学者たちは現在、この研究を利用して、空気から水を採取できる生体模倣パターンを開発しています。

キツツキのように衝撃を吸収

キツツキはその並外れた掘削能力で知られています。 この生き物はくちばしを使って昆虫を探したり、自分自身の隅を作ったりします。 キツツキがこれらの穴を開けるとき、1 秒間に 22 回近く 1,200 の重力引力 (G) の減速を経験します。 これを大局的に考えると、重大な自動車事故は次のような被害をもたらします。 120 乗客のGs。 キツツキはこうした絶え間ない衝撃にどうやって耐えているのでしょうか?

答えは、天然のショックアブソーバーです。 カリフォルニア大学バークレー校の研究では、ビデオとCTスキャンを使用して、キツツキには4つの構造があることが発見されました。 設計 機械的衝撃を吸収します。 鳥の半弾性のくちばし、「」の領域海綿骨」 頭蓋骨の後ろの物質と脳脊髄液はすべて一斉に働き、この脳震盪が起こる時間を延長し、したがって振動を抑制します。 この多面的な設計に基づいて、チームは、より耐衝撃性の高いフライト レコーダー (ブラック ボックス) から微小隕石耐性のある宇宙船に至るまで、さまざまなアプリケーションの作成に取り組んでいます。

頭足類迷彩

すべての頭足類と同様に、イカは皮膚の色を変えるだけでなく、発光 (生物発光) することができます。 このカモフラージュ能力により、捕食者から身を隠すことができる一方、生物発光により交尾相手とコミュニケーションしたり、相手を引き寄せたりすることができます。 この複雑な動作は、皮膚細胞と筋肉に特化したネットワークによって生み出されます。

ヒューストン大学の研究者は、わずか数秒で周囲を検出し、この環境と一致させることができる同様のデバイスを開発しました。 この初期のプロトタイプでは、アクチュエーター、光センサー、反射板を利用した柔軟なピクセル化されたグリッドが使用されています。 光センサーとして 検出する 周囲の変化に応じて、対応するダイオードに信号が送信されます。 これにより、その領域に熱が発生し、熱変色グリッドの色が変化します。 この人工「皮膚」は、将来的には軍事用途と商業用途の両方に応用される可能性がある。

シロアリからヒントを得た換気システム

多くの場合、バイオミミクリーは、単に種の解剖学的または進化的ニッチを模倣することだけではありません。 場合によっては、これらの動物が構築する構造からヒントを得て、私たち自身のためのより良い生命維持システムを構築することもできます。

シロアリはその破壊的な性質のため、しばしば悪者にされます。 しかし、シロアリは、地球上で冷却のための最も精巧な換気システムを作り出すことで悪名高いです。 最も暑い場所の一部であっても、これらのシロアリ塚の内部は非常に涼しいままです。

意図的にエアポケットを形成した複雑なネットワークを使用して、マウンドは 自然 対流を利用した換気システム。 エンジニアリング会社 アラップ ジンバブエでは、この自然対流システムに基づいてショッピングセンター全体を建設しました。 現在、システムは 10 を使用しています パーセント 従来の空調設備よりも少ないエネルギーで済みます。

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