Hier zijn 7 van de beste voorbeelden van biomimicry en op de natuur geïnspireerd ontwerp

Soms is de beste oplossing voor een probleem niet altijd de meest complexe, en evenzo is het beste antwoord niet altijd een nieuw antwoord. Terwijl wij mensen misschien (relatief gezien) onze voeten nat maken van vindingrijkheid, heeft het dierenrijk millennia van evolutionair vallen en opstaan ​​om van te leren.

Biomimicry, zoals het wordt genoemd, is een methode om oplossingen te creëren voor menselijke uitdagingen door ontwerpen en ideeën uit de natuur na te bootsen. Het wordt overal gebruikt: gebouwen, voertuigen en zelfs materialen – dus het leek ons ​​leuk om een ​​paar van de meest opmerkelijke voorbeelden op een rij te zetten. Hier zijn acht van de meest verbazingwekkende technologische toepassingen geïnspireerd door de natuur.

Kogeltreinen geïnspireerd op ijsvogelvogels

Toen Japanse ingenieurs de lastige taak op zich namen om hun hogesnelheidstreinen te upgraden, stuitte hun ontwerp op een ongelukkig probleem. Het probleem was niet om deze treinen op de gewenste snelheid te krijgen, maar eerder om de enorme hoeveelheid lawaai die werd veroorzaakt door de luchtverplaatsing vóór de treinen. Wanneer de treinen tunnels binnenreden, veroorzaakten de voertuigen vaak een luide schokgolf die bekend staat als ‘tunnelboem’. De kracht van de schokgolven veroorzaakte zelfs structurele schade schade naar verschillende tunnels.

Het ontwerpteam stelde vast dat de boosdoener de nogal stompe neuskap aan de voorkant was. Om de tunnelgiek te minimaliseren en de algehele aerodynamica te vergroten, zouden ze een meer gestroomlijnde neus nodig hebben. De ingenieurs modelleerden uiteindelijk het volgende model naar de snavel van de ijsvogel.

IJsvogelvogels hebben gespecialiseerde snavels waardoor ze in het water kunnen duiken om te jagen terwijl ze een minimale plons maken. Door gebruik te maken van deze nieuwe neus werden de volgende generatie treinen uit de 500-serie 10 procent sneller verbruikt 15 procent minder elektriciteit, en, belangrijker nog, geen ‘boem’ meer.

Windturbines gemodelleerd naar bultruggen

Veel van onze moderne aerodynamische ontwerpen zijn gebaseerd op tamelijk fundamentele principes. Om een ​​optimale lift en minimale weerstand te verkrijgen, zijn strakke randen en strakke lijnen essentieel. In het hele dierenrijk zijn er echter veel soorten die in staat zijn tot uitzonderlijke lift. De bultrug gebruikt bijvoorbeeld hobbelige, knobbelige vinnen voor de voortstuwing – wat nogal contra-intuïtief lijkt.

A Harvard Een geleid onderzoeksteam heeft vastgesteld dat deze knobbeltjes de walvissen in staat stellen een steilere “hoek van aanvallen.” De aanvalshoek is de hoek tussen de waterstroom en het vlak van de flipper. Bij bultruggen kan deze aanvalshoek tot 40 procent steiler zijn dan bij een gladde flipper. Vanwege deze kleine richels ontstaan ​​er op verschillende punten langs de vin secties. Dit maakt een volle stal veel gemakkelijker te vermijden.

Testen uitgevoerd door de US Naval Academy, met behulp van modelvinnen, heeft vastgesteld dat deze biomimetische vinnen de weerstand met bijna een derde verminderden en de lift in totaal met acht procent verbeterden. Whale Power, een bedrijf gevestigd in Toronto, Canada, heeft al geprofiteerd van deze nieuwste tuberkeltechnologie. Volgens MIThelpen de biomimetische bladen van Whale Power “dezelfde hoeveelheid stroom op te wekken bij 16 km per uur als conventionele turbines bij 27 km per uur.”

Antimicrobiële film die haaienhuid nabootst

Haaien zijn een van de toproofdieren van de zeeën. Hun jachtvaardigheid is gedurende millennia van evolutie verfijnd. Hoewel haaien bekend staan ​​om hun scherpe reukvermogen en regenererende tanden, zou nieuw onderzoek erop kunnen wijzen dat de huid van de soort het meest evolutionaire nicheproduct is.

Haaienhuid is bedekt met zogenaamde ‘huiddentikels’. Beschouw deze als in wezen flexibele lagen kleine tanden. Wanneer ze in beweging zijn, creëren deze huiddentikels feitelijk een lagedrukzone. Deze voorrandvortex ‘trekt’ de haai in wezen naar voren en helpt ook de weerstand te verminderen. Vanzelfsprekend zijn er tal van toepassingen voor een dergelijk ontwerp.

Speedo verwerkte op beruchte wijze biomimetische haaienhuid in een lijn zwemkleding voor de Olympische Spelen van 2008. Volgens de Smithsonischwerd 98 procent van de medailles op de Olympische Spelen van 2008 gewonnen door zwemmers die deze badkleding van haaienleer droegen. Sindsdien is de technologie verboden in de Olympische competitie.

Op dezelfde manier blijven haaien, ook al is het bekend dat ze van veel watersoorten andere mariene soorten op hun lichaam herbergen (zoals zeepokken), om zo te zeggen relatief ‘schoon’. Deze microscopisch kleine huiddentikels helpen haaien ook om micro-organismen af ​​te weren. De Amerikaanse marine heeft sindsdien een materiaal ontwikkeld dat bekend staat als Haaitje, gebaseerd op dit huidpatroon om de mariene groei op schepen te helpen remmen. Gebaseerd op ditzelfde idee gebruiken veel ziekenhuizen ook een biomimetische haaienhuid film om kruisbesmetting tegen te gaan.

Haaienleer, zo heet op dit moment.

Water oogsten zoals de Stenocara-kever

Het is op dit moment geen geheim: toegang tot water is van cruciaal belang voor elke duurzame beschaving en voor het leven op deze planeet in het algemeen. Hoewel sommige locaties op de wereld over overvloedige watervoorraden beschikken, zoals meren en rivieren, moeten drogere klimaten het doen met beperkte neerslag. Technologie die is afgeleid van een kever die gedijt in een van de zwaarste omgevingen op aarde kan heel goed helpen de volgende generatie schoonwaterwinning op gang te brengen.

De Stenocara-kever leeft in de dorre Afrikaanse Namib-woestijn, maar het beestje ter grootte van een dubbeltje heeft een evolutionaire hack om hem te helpen letterlijk water uit het letterlijke niets te halen. Een patroon van knooppunten langs de rug van de kever zorgt ervoor dat het wezen vocht uit de ochtendmist kan verzamelen. De druppeltjes dan glijbaan van de hobbels in kleine kanaaltjes naar de mond van de kever. Academici gebruiken dit onderzoek momenteel om biomimetische patronen te ontwikkelen die water uit de lucht kunnen halen.

Schok absorberend als een specht

Spechten staan ​​bekend om hun uitzonderlijke graafvermogen. De wezens gebruiken hun snavels om naar insecten te zoeken en ook om hoekjes voor zichzelf te creëren. Terwijl spechten deze gaten boren, ervaren ze een vertraging van 1200 zwaartekrachtskrachten (Gs), bijna 22 keer per seconde. Om dat in perspectief te plaatsen: een ernstig auto-ongeluk zou het equivalent opleveren van 120 Gs op een passagier. Hoe is de specht bestand tegen deze voortdurende schokken?

Het antwoord: natuurlijke schokdempers. Met behulp van video- en CT-scans, onderzocht aan de Universiteit van Californië, Berkeley, werd ontdekt dat spechten vier structuren hebben ontworpen om mechanische schokken op te vangen. De semi-elastische snavel van de vogel, een gebied van “sponsachtig botHet materiaal achter de schedel en het hersenvocht werken allemaal samen om de tijd waarin deze hersenschudding optreedt te verlengen en daardoor de trillingen te remmen. Op basis van dit veelzijdige ontwerp werkt het team aan het creëren van een scala aan toepassingen, variërend van meer schokbestendige vluchtrecorders (zwarte dozen) tot micrometeorietenbestendige ruimtevaartuigen.

Camouflage van koppotigen

Inktvissen kunnen, net als alle koppotigen, gloeien (bioluminescentie) en hun huidskleur veranderen. Door dit camouflagevermogen kunnen ze zich verbergen voor roofdieren, terwijl ze dankzij de bioluminescentie kunnen communiceren met een partner en/of deze kunnen aantrekken. Dit complexe gedrag wordt veroorzaakt door een netwerk van gespecialiseerde huidcellen en spieren.

Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben een soortgelijk apparaat ontwikkeld dat in slechts enkele seconden de omgeving kan detecteren en deze omgeving kan matchen. Dit vroege prototype maakt gebruik van een flexibel, gepixeld raster met actuatoren, lichtsensoren en reflectoren. Zoals de lichtsensoren detecteren Bij een verandering in de omgeving wordt er een signaal naar de bijbehorende diode gestuurd. Hierdoor ontstaat er warmte in het gebied en verandert het thermochromatische rooster vervolgens van kleur. Deze kunstmatige ‘huid’ zou op termijn zowel militaire als commerciële toepassingen kunnen hebben.

Ventilatiesystemen geïnspireerd op termieten

Vaak gaat biomimicry niet simpelweg over het nabootsen van een anatomische of evolutionaire niche van een soort. Soms kunnen we zelfs signalen ontlenen aan de structuren die deze dieren bouwen om betere levensondersteunende systemen voor onszelf te creëren.

Termieten krijgen vaak een slechte reputatie vanwege hun destructieve eigenschappen. Termieten zijn echter berucht vanwege het creëren van enkele van de meest uitgebreide ventilatiesystemen voor koeling op aarde. Zelfs op sommige van de heetste plekken blijven deze termietenheuvels van binnen uitzonderlijk koel.

Met behulp van een ingewikkeld netwerk van opzettelijke luchtzakken creëren de heuvels een natuurlijk ventilatiesysteem dat gebruik maakt van convectie. Het ingenieursbureau Arup bouwde een heel winkelcentrum in Zimbabwe op basis van dit natuurlijke convectiesysteem. Momenteel gebruikt het systeem er 10 procent minder energie dan een traditionele faciliteit met airconditioning.

Aanbevelingen van de redactie

• Houd het geheim, houd het veilig: 8 huizen met verborgen kamers en doorgangen
• Hier zijn de beste technische cadeaus die je kunt krijgen voor $ 100 of minder