Вот 7 лучших примеров биомимикрии и дизайна, вдохновленного природой

Иногда лучшее решение проблемы не всегда является самым сложным, и, точно так же, лучший ответ не всегда является новым. В то время как мы, люди, возможно, только начинаем (условно говоря) проявлять изобретательность, у животного царства есть тысячелетия эволюционных проб и ошибок, на которых можно учиться.

Биомимикрия, как ее называют, — это метод создания решений человеческих проблем путем имитации замыслов и идей, найденных в природе. Он используется повсюду: в зданиях, транспортных средствах и даже в материалах, поэтому мы подумали, что было бы интересно собрать несколько наиболее примечательных примеров. Вот восемь самых поразительных технологических приложений, вдохновленных природой.

Поезда-пули, вдохновленные птицами-зимородками

Когда японские инженеры взялись за сложную задачу модернизации своих высокоскоростных сверхскоростных поездов, их конструкция столкнулась с одним досадным препятствием. Проблема заключалась не в том, чтобы разогнать поезда до желаемой скорости, а в огромном шуме, создаваемом смещением воздуха перед поездами. Когда поезда въезжали в туннели, автомобили часто создавали громкую ударную волну, известную как «туннельный грохот». Мощность ударных волн даже вызвала структурные разрушения. повреждать в несколько туннелей.

Команда дизайнеров определила, что виновником поезда стал довольно тупой передний носовой колпак. Чтобы минимизировать туннельную стрелу и улучшить общую аэродинамику, им потребуется более обтекаемая носовая часть. В конечном итоге инженеры смоделировали следующую модель по образцу клюва птицы-зимородка.

У птиц-зимородков есть специальные клювы, позволяющие им нырять в воду для охоты, производя при этом минимальный всплеск. Используя этот новый нос, поезда следующего поколения 500-й серии были на 10 процентов быстрее, потребляя больше энергии. На 15 процентов меньше электроэнергии, и, самое главное, никакого «бума».

Ветряные турбины по образцу горбатых китов

Многие из наших современных аэродинамических конструкций основаны на довольно простых принципах. Для достижения оптимальной подъемной силы и минимального сопротивления ключевым моментом являются гладкие края и чистые линии. Однако во всем животном мире существует немало видов, способных на исключительный подъем. Горбатый кит, например, использует неровные бугорчатые плавники для движения, что кажется довольно нелогичным.

А Гарвард Возглавляемая исследовательская группа определила, что эти конкреции позволяют китам выбирать более крутые «угол атаки». Угол атаки — это угол между потоком воды и поверхностью ласта. У горбатых китов этот угол атаки может быть на 40 процентов круче, чем у гладких ласт. Из-за этих небольших выступов в разных точках плавника возникают секционные срывы. Благодаря этому гораздо легче избежать полного срыва.

Тесты проведенный Военно-морская академия США с помощью модели ласт определила, что эти биомиметические плавники снижают сопротивление почти на треть и в целом улучшают подъемную силу на восемь процентов. Whale Power, компания, базирующаяся в Торонто, Канада, уже извлекла выгоду из этой новейшей технологии борьбы с туберкулезом. В соответствии с Массачусетский технологический институтБиомиметические лопасти Whale Power помогают генерировать «то же количество энергии со скоростью 10 миль в час, что и обычные турбины со скоростью 17 миль в час».

Антимикробная пленка, имитирующая акулью кожу.

Акулы – одни из главных хищников морей. Их охотничьи способности оттачивались тысячелетиями эволюции. Хотя акулы хорошо известны своим острым обонянием и регенерирующими зубами, новые исследования могут указывать на то, что кожа этого вида является его наиболее эволюционным нишевым активом.

Акулья кожа покрыта так называемыми «дермальными зубчиками». Думайте об этом как о существенно гибких слоях маленькие зубы. При движении эти кожные зубчики фактически создают зону низкого давления. Этот вихрь на передней кромке по существу «тянет» акулу вперед, а также помогает уменьшить сопротивление. Стоит ли говорить, что применений такой конструкции предостаточно.

Компания Speedo, как известно, использовала биомиметическую акулью кожу в линии купальников для Олимпийских игр 2008 года. Согласно Смитсоновский институт98 процентов медалей на Олимпийских играх 2008 года были завоеваны пловцами, носившими эти купальники из акульей кожи. С тех пор эту технологию запретили на олимпийских соревнованиях.

Точно так же, хотя известно, что многие водные виды содержат на своем теле другие морские виды (например, ракушки), акулы остаются, так сказать, относительно «чистыми». Эти микроскопические кожные зубцы также помогают акулам отбиваться от микроорганизмов. С тех пор ВМС США разработали материал, известный как Шарклет, основанный на этом рисунке кожи, помогает подавлять рост морской среды на кораблях. Основываясь на этой же идее, многие больницы также используют биомиметическую акулью кожу. фильм для борьбы с перекрестным загрязнением.

Акулья кожа, сейчас такая горячая.

Собирает воду, как жук Стенокара

На данный момент это действительно не секрет: доступ к воде имеет решающее значение для любой устойчивой цивилизации и жизни на этой планете в целом. В то время как некоторые места на земном шаре обладают обильными водными ресурсами, такими как озера и реки, более засушливый климат вынужден обходиться ограниченным количеством осадков. Технология, полученная от жука, процветающего в одной из самых суровых сред на Земле, вполне может помочь начать новое поколение сбора чистой воды.

Жук-стенокара обитает в засушливой африканской пустыни Намиб, но у существа размером с десятицентовую монету есть эволюционный способ, помогающий ему буквально вытягивать воду из воздуха. Рисунок узлов на спине жука позволяет существу собирать влагу из утреннего тумана. Затем капли горка с неровностей в небольшие каналы по направлению ко рту жука. В настоящее время ученые используют это исследование для разработки биомиметических моделей, способных собирать воду из воздуха.

Поглощает шок, как дятел

Дятлы известны своей исключительной способностью выкапывать землю. Существа используют свои клювы для добычи насекомых, а также для создания укромных уголков для себя. Когда дятлы проделывают эти норы, они испытывают замедление в 1200 гравитационных сил (G) почти 22 раза в секунду. Если представить это в перспективе, то серьезная автомобильная авария будет эквивалентна 120 Gs на пассажире. Как дятел выдерживает эти постоянные толчки?

Ответ: натуральные амортизаторы. Используя видео и компьютерную томографию, исследования Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что у дятлов есть четыре структуры. разработанный для поглощения механических ударов. Клюв птицы полуэластичный, площадью «губчатая кость«материал позади черепа и спинномозговая жидкость работают в унисон, увеличивая время, в течение которого происходит сотрясение мозга, и, следовательно, подавляя вибрацию. Основываясь на этом многогранном проекте, команда работает над созданием множества приложений, начиная от более ударостойких бортовых самописцев (черных ящиков) и заканчивая космическими кораблями, устойчивыми к микрометеоритам.

Камуфляж головоногих

Кальмары, как и все головоногие моллюски, способны светиться (биолюминесценция), а также менять цвет кожи. Эта маскировочная способность позволяет им прятаться от хищников, а биолюминесценция позволяет им общаться и/или привлекать партнера. Это сложное поведение создается сетью специализированных клеток кожи и мышц.

Исследователи из Университета Хьюстона разработали аналогичное устройство, способное обнаруживать окружающую среду и соответствовать ей за считанные секунды. В этом раннем прототипе используется гибкая пиксельная сетка с использованием приводов, датчиков света и отражателей. Как датчики света обнаружить при изменении окружающей среды сигнал подается на соответствующий диод. Это создает тепло в этой области, и термохроматическая сетка меняет цвет. Эта искусственная «кожа» в будущем может найти как военное, так и коммерческое применение.

Системы вентиляции, вдохновленные термитами

Зачастую биомимикрия – это не просто имитация анатомической или эволюционной ниши вида. Иногда мы даже можем последовать примеру структур, которые строят эти животные, чтобы создать для себя лучшие системы жизнеобеспечения.

Термиты часто получают плохую репутацию из-за своих разрушительных свойств. Тем не менее, термиты печально известны тем, что создали одни из самых сложных систем вентиляции для охлаждения на планете. Даже в самых жарких местах эти термитники остаются внутри исключительно прохладными.

Используя сложную сеть намеренно воздушных карманов, курганы создают естественный система вентиляции с использованием конвекции. Инжиниринговая фирма Аруп построил целый торговый центр в Зимбабве на основе этой системы естественной конвекции. На данный момент в системе используется 10 процент меньше энергии, чем традиционное помещение с кондиционером.

Рекомендации редакции

• Держите это в секрете, берегите его: 8 домов со скрытыми комнатами и проходами
• Вот лучшие технические подарки, которые вы можете получить за 100 долларов или меньше