Oto 7 najlepszych przykładów biomimikry i projektowania inspirowanego naturą

Czasami najlepsze rozwiązanie problemu nie zawsze jest najbardziej złożone i podobnie najlepsza odpowiedź nie zawsze jest nowa. Podczas gdy my, ludzie, być może po prostu stajemy się mokrzy (mówiąc względnie) pomysłowością, królestwo zwierząt może się uczyć od tysiącleci ewolucyjnych prób i błędów.

Biomimikra, jak się ją nazywa, to metoda tworzenia rozwiązań dla ludzkich wyzwań poprzez naśladowanie projektów i pomysłów występujących w naturze. Jest używany wszędzie: w budynkach, pojazdach, a nawet materiałach — więc pomyśleliśmy, że fajnie byłoby podsumować kilka najbardziej godnych uwagi przykładów. Oto osiem najbardziej zdumiewających zastosowań technologicznych inspirowanych naturą.

Pociski inspirowane ptakami zimorodków

Kiedy japońscy inżynierowie podjęli się trudnego zadania modernizacji swoich szybkich pociągów pociskowych, ich projekt napotkał jedną niefortunną przeszkodę. Problemem nie było doprowadzenie pociągów do pożądanych prędkości, ale raczej ogromna ilość hałasu wytwarzanego przez przemieszczanie się powietrza przed pociągami. Gdy pociągi wjeżdżały do ​​tuneli, pojazdy często wytwarzały głośną falę uderzeniową zwaną „wybuchem tunelowym”. Siła fal uderzeniowych spowodowała nawet strukturalne szkoda do kilku tuneli.

Zespół projektowy ustalił, że winowajcą jest dość tępy przedni nos pociągu. Aby zminimalizować wysięg tunelu i zwiększyć ogólną aerodynamikę, potrzebowaliby bardziej opływowego nosa. Ostatecznie inżynierowie stworzyli kolejny model na wzór dzioba zimorodka.

Zimorodki mają wyspecjalizowane dzioby, które pozwalają im nurkować w wodzie w celu polowania, jednocześnie wykonując minimalne pluski. Dzięki temu nowemu rozwiązaniu pociągi nowej generacji serii 500 były o 10 procent szybsze 15 procent mniej energii elektryczneji, co najważniejsze, nigdy więcej „bum”.

Turbiny wiatrowe wzorowane na humbakach

Wiele naszych nowoczesnych projektów aerodynamicznych opiera się na raczej podstawowych zasadach. Aby uzyskać optymalną siłę nośną i minimalny opór, kluczowe znaczenie mają gładkie krawędzie i czyste linie. Jednak w całym królestwie zwierząt istnieje wiele gatunków zdolnych do wyjątkowej siły nośnej. Na przykład humbak wykorzystuje do napędu wyboiste płetwy guzkowate, co wydaje się raczej sprzeczne z intuicją.

A Harvardzie zespół badawczy ustalił, że guzki te umożliwiają wielorybom wybieranie bardziej stromego „kąt natarcia.” Kąt natarcia to kąt pomiędzy przepływem wody a powierzchnią płetwy. W przypadku humbaków kąt natarcia może być nawet o 40 procent większy niż w przypadku gładkiej płetwy. Z powodu tych małych grzbietów w różnych punktach wzdłuż płetwy występują przeciągnięcia sekcyjne. Dzięki temu znacznie łatwiej jest uniknąć pełnego przeciągnięcia.

Testy prowadzone przez Akademię Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych, używając modelowych płetw, ustaliło, że te biomimetyczne płetwy zmniejszają opór o prawie jedną trzecią i ogólnie poprawiają siłę nośną o osiem procent. Whale Power, firma z siedzibą w Toronto w Kanadzie, wykorzystała już tę najnowszą technologię leczenia gruźlicy. Według MITbiomimetyczne ostrza Whale Power pomagają generować „tę samą ilość mocy przy prędkości 16 mil na godzinę, jaką wytwarzają konwencjonalne turbiny przy prędkości 27 mil na godzinę”.

Folia antybakteryjna imitująca skórę rekina

Rekiny są jednym z największych drapieżników mórz. Ich umiejętności łowieckie były udoskonalane przez tysiąclecia ewolucji. Chociaż rekiny są dobrze znane ze swojego wyostrzonego węchu i regeneracji zębów, nowe badania mogą w rzeczywistości wskazać skórę tego gatunku jako jego najbardziej ewolucyjny, niszowy atut.

Skóra rekina pokryta jest tak zwanymi „zębami skórnymi”. Pomyśl o nich jak o zasadniczo elastycznych warstwach małe zęby. Kiedy są w ruchu, te zęby skórne w rzeczywistości tworzą strefę niskiego ciśnienia. Ten wir na krawędzi natarcia zasadniczo „ciągnie” rekina do przodu, a także pomaga zmniejszyć opór. Nie trzeba dodawać, że zastosowań takiego projektu jest mnóstwo.

Speedo notorycznie włączało biomimetyczną skórę rekina do linii strojów kąpielowych na Igrzyska Olimpijskie w 2008 roku. Według Smithsonian98 procent medali na Igrzyskach Olimpijskich w 2008 roku zdobyli pływacy noszący stroje kąpielowe ze skóry rekina. Od tego czasu technologia ta została zakazana w zawodach olimpijskich.

Podobnie, chociaż wiadomo, że wiele gatunków wodnych zamieszkuje na swoich ciałach inne gatunki morskie (takie jak pąkle), rekiny pozostają, że tak powiem, stosunkowo „czyste”. Te mikroskopijne ząbki skórne pomagają również rekinom odpierać mikroorganizmy. Od tego czasu Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych opracowała materiał znany jako Sharklet, w oparciu o ten wzór skóry, aby pomóc w hamowaniu rozwoju mórz na statkach. Opierając się na tym samym pomyśle, wiele szpitali również wykorzystuje biomimetyczną skórę rekina film w celu zwalczania zanieczyszczeń krzyżowych.

Skóra rekina, teraz tak gorąco.

Zbiera wodę jak chrząszcz Stenocara

W tym momencie naprawdę nie jest to tajemnicą: dostęp do wody ma kluczowe znaczenie dla każdej zrównoważonej cywilizacji i życia na tej planecie w ogóle. Podczas gdy niektóre miejsca na świecie posiadają obfite zasoby wody, takie jak jeziora i rzeki, bardziej suchy klimat musi zadowolić się ograniczonymi opadami. Technologia wywodząca się z chrząszcza żyjącego w jednym z najtrudniejszych środowisk na Ziemi może bardzo pomóc w rozpoczęciu nowej generacji pozyskiwania czystej wody.

Chrząszcz Stenocara żyje na suchym afrykańskim deserze Namib, ale to stworzenie wielkości dziesięciocentówki ma ewolucyjny trik, który pomaga mu dosłownie wyciągać wodę z dosłownie rozrzedzonego powietrza. Układ węzłów wzdłuż grzbietu chrząszcza umożliwia stworzeniu zbieranie wilgoci z porannej mgły. Potem kropelki slajd z guzków do małych kanałów w kierunku pyska chrząszcza. Naukowcy wykorzystują obecnie te badania do opracowania wzorców biomimetycznych umożliwiających pobieranie wody z powietrza.

Absorbuje wstrząsy jak dzięcioł

Dzięcioły są znane ze swojej wyjątkowej zdolności kopania. Stworzenia wykorzystują swoje dzioby do żerowania owadów, a także do tworzenia sobie zakątków. Gdy dzięcioły drążą te dziury, doświadczają spowolnienia o wartości 1200 przyciągań grawitacyjnych (G), prawie 22 razy na sekundę. Dla porównania, poważny wypadek samochodowy spowodowałby równowartość: 120 Gs na pasażerze. Jak dzięcioł wytrzymuje te ciągłe wstrząsy?

Odpowiedź: naturalne amortyzatory. Korzystając ze skanów wideo i tomografii komputerowej, badacze na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley odkryli, że dzięcioły mają cztery struktury zaprojektowany absorbować wstrząsy mechaniczne. Półelastyczny dziób ptaka, o powierzchni „gąbczasta kośćMateriał znajdujący się za czaszką i płyn mózgowo-rdzeniowy działają wspólnie, wydłużając czas wystąpienia wstrząsu mózgu, a tym samym hamując wibracje. W oparciu o ten wieloaspektowy projekt zespół pracuje nad stworzeniem szeregu zastosowań, od bardziej odpornych na wstrząsy rejestratorów lotu (czarne skrzynki) po statki kosmiczne odporne na mikrometeoryty.

Kamuflaż głowonoga

Kałamarnice, jak wszystkie głowonogi, potrafią świecić (bioluminescencja), a także zmieniać kolor skóry. Ta zdolność kamuflażu umożliwia im ukrywanie się przed drapieżnikami, podczas gdy bioluminescencja pozwala im komunikować się i/lub przyciągać partnera. To złożone zachowanie jest wytwarzane przez sieć wyspecjalizowanych komórek skóry i mięśni.

Naukowcy z Uniwersytetu w Houston opracowali podobne urządzenie zdolne do wykrywania otoczenia i dopasowywania się do niego w ciągu zaledwie kilku sekund. Ten wczesny prototyp wykorzystuje elastyczną, pikselowaną siatkę wykorzystującą siłowniki, czujniki światła i reflektory. Podobnie jak czujniki światła wykryć w przypadku zmiany otoczenia wysyłany jest sygnał do odpowiedniej diody. Powoduje to wytworzenie ciepła w danym obszarze, a siatka termochromatyczna zmienia następnie kolor. Ta sztuczna „skóra” może w przyszłości znaleźć zastosowanie zarówno wojskowe, jak i komercyjne.

Systemy wentylacyjne inspirowane termitami

Często biomimikra nie polega po prostu na naśladowaniu anatomicznej lub ewolucyjnej niszy gatunku. Czasami możemy nawet czerpać wskazówki ze struktur budowanych przez te zwierzęta, aby stworzyć dla siebie lepsze systemy podtrzymywania życia.

Termity często cieszą się złą sławą ze względu na swoje niszczycielskie właściwości. Jednak termity słyną z tworzenia jednych z najbardziej wyszukanych systemów wentylacji do chłodzenia na planecie. Nawet w najgorętszych miejscach te kopce termitów pozostają w środku wyjątkowo chłodne.

Wykorzystując skomplikowaną sieć celowo kieszeni powietrznych, kopce tworzą naturalny system wentylacji wykorzystujący konwekcję. Firma inżynierska Arup zbudował całe centrum handlowe w Zimbabwe w oparciu o ten system naturalnej konwekcji. Obecnie system wykorzystuje 10 procent mniej energii niż tradycyjny obiekt klimatyzowany.

Zalecenia redaktorów

• Zachowaj tajemnicę, zachowaj bezpieczeństwo: 8 domów z ukrytymi pokojami i przejściami
• Oto najlepsze prezenty technologiczne, które możesz zdobyć za 100 USD lub mniej