Tu je 7 najlepších príkladov biomimikry a dizajnu inšpirovaného prírodou

Niekedy nie je najlepšie riešenie problému vždy to najzložitejšie, a podobne, najlepšia odpoveď nie je vždy nová. Zatiaľ čo my ľudia si možno len namáčame nohy (relatívne povedané) vynaliezavosťou, zvieracia ríša má tisícročia evolučných pokusov a omylov, z ktorých sa môžeme poučiť.

Biomimikry, ako sa to nazýva, je metóda na vytváranie riešení ľudských výziev napodobňovaním návrhov a nápadov nájdených v prírode. Používa sa všade: budovy, vozidlá a dokonca aj materiály – preto sme si mysleli, že by bolo zábavné zhromaždiť niekoľko najvýznamnejších príkladov. Tu je osem najúžasnejších technologických aplikácií inšpirovaných prírodou.

Guľové vlaky inšpirované vtákmi Kingfisher

Keď sa japonskí inžinieri chopili náročnej úlohy modernizácie svojich vysokorýchlostných guľových vlakov, ich dizajn narazil na jeden nešťastný problém. Problémom nebolo dostať tieto vlaky na požadovanú rýchlosť, ale skôr obrovské množstvo hluku spôsobeného vytlačením vzduchu pred vlakmi. Keď vlaky vchádzali do tunelov, vozidlá často vytvárali hlasnú rázovú vlnu známu ako „tunelový bum“. Sila rázových vĺn dokonca spôsobila štrukturálne

škody do niekoľkých tunelov.

Dizajnérsky tím určil ako vinníka vlaky dosť tupú prednú čiapočku. Na minimalizovanie tunelového boomu a zvýšenie celkovej aerodynamiky by potrebovali aerodynamickejší nos. Inžinieri nakoniec vymodelovali ďalší model podľa zobáku vtáka Kingfisher.

Vtáky rybárika riečneho majú špeciálne zobáky, ktoré im umožňujú potápať sa do vody a loviť pri minimálnom špliechaní. S využitím tohto nového nosa boli vlaky ďalšej generácie radu 500 o 10 percent rýchlejšie spotrebované o 15 percent menej elektriny, a čo je najdôležitejšie, už žiadny „bum“.

Veterné turbíny podľa vzoru veľrýb

Mnohé z našich moderných aerodynamických dizajnov sa spoliehajú na skôr základné princípy. Na dosiahnutie optimálneho zdvihu a minimálneho odporu sú kľúčové hladké hrany a čisté línie. V celej živočíšnej ríši je však veľa druhov, schopných výnimočného zdvihu. Napríklad veľryba hrboľatá používa na pohon hrboľaté tuberkulózne plutvy - čo sa zdá byť dosť neintuitívne.

A Harvard Vedený výskumný tím zistil, že tieto uzliny umožňujú veľrybám vybrať si strmšieuhol nábehu.“ Uhol nábehu je uhol medzi prúdom vody a čelom plutvy. U veľrýb hrbatých môže byť tento uhol útoku až o 40 percent strmší ako pri hladkej plutve. Kvôli týmto malým hrebeňom sa sekčné stánky vyskytujú na rôznych miestach pozdĺž plutvy. Vďaka tomu je oveľa jednoduchšie vyhnúť sa úplnému zastaveniu.

Testy vedený Americká námorná akadémia pomocou modelov plutiev zistila, že tieto biomimetické plutvy znížili odpor o takmer tretinu a celkovo zlepšili zdvih o osem percent. Spoločnosť Whale Power, spoločnosť so sídlom v kanadskom Toronte, už využila túto najnovšiu technológiu tuberkulózy. Podľa MITBiomimetické lopatky Whale Power pomáhajú generovať „rovnaké množstvo energie pri rýchlosti 10 míľ za hodinu, aké generujú konvenčné turbíny pri rýchlosti 27 míľ za hodinu“.

Antimikrobiálny film napodobňujúci žraločiu kožu

Žraloky sú jedným z vrcholových predátorov morí. Ich lovecká zdatnosť sa v priebehu tisícročí evolúcie dolaďovala. Zatiaľ čo žraloky sú dobre známe pre svoj akútny čuch a regenerujúce sa zuby, nový výskum môže v skutočnosti poukázať na kožu tohto druhu ako na jeho najvýraznejšiu evolučnú výhodu.

Žraločia koža je pokrytá takzvanými „dermálnymi zubami“. Myslite na to ako na v podstate flexibilné vrstvy malé zuby. Keď sú tieto dermálne zubadlá v pohybe, v skutočnosti vytvárajú zónu nízkeho tlaku. Tento vír na prednej hrane v podstate „ťahá“ žraloka dopredu a tiež pomáha znižovať odpor vzduchu. Netreba dodávať, že aplikácií pre takýto dizajn je dosť.

Speedo notoricky zakomponoval biomimetickú žraločiu kožu do radu plaviek pre olympijské hry v roku 2008. Podľa Smithsonian, 98 percent medailí na olympijských hrách v roku 2008 získali plavci v týchto plavkách zo žraločej kože. Odvtedy je táto technológia v olympijských súťažiach zakázaná.

Podobne, zatiaľ čo o mnohých vodných druhoch je známe, že sú hostiteľmi iných morských druhov na svojich telách (ako sú mreny), žraloky zostávajú relatívne „čisté“. Tieto mikroskopické dermálne zubáče tiež pomáhajú žralokom odraziť mikroorganizmy. Americké námorníctvo odvtedy vyvinulo materiál, známy ako Sharklet, založený na tomto vzore pokožky, ktorý pomáha inhibovať morský rast na lodiach. Na základe tej istej myšlienky mnohé nemocnice tiež používajú biomimetickú žraločiu kožu film bojovať proti krížovej kontaminácii.

Žraločia koža, práve teraz taká horúca.

Zber vody ako chrobák Stenocara

V tejto chvíli to naozaj nie je žiadne tajomstvo: prístup k vode je kľúčový pre každú udržateľnú civilizáciu a život na tejto planéte vo všeobecnosti. Zatiaľ čo niektoré miesta na svete majú bohaté vodné zdroje, ako sú jazerá a rieky, suchšie podnebie si musí vystačiť s obmedzenými zrážkami. Technológia odvodená od chrobáka, ktorý prosperuje v jednom z najdrsnejších prostredí na Zemi, môže veľmi dobre pomôcť naštartovať ďalšiu generáciu zberu čistej vody.

Chrobák Stenocara žije vo vyprahnutom africkom dezerte Namib, ale tento tvor má evolučný trik, ktorý mu pomáha doslova vytiahnuť vodu z doslova čistého vzduchu. Vzor uzlov pozdĺž chrbta chrobáka umožňuje tvorovi zbierať vlhkosť z rannej hmly. Potom kvapôčky šmykľavka z hrbolčekov do malých kanálikov smerom k ústam chrobáka. Akademici v súčasnosti využívajú tento výskum na vývoj biomimetických vzorcov schopných získavať vodu zo vzduchu.

Absorbuje šok ako ďateľ

Ďatle sú známe svojou výnimočnou schopnosťou hĺbenia. Tvory používajú svoje zobáky na hľadanie potravy pre hmyz a tiež na vytváranie zákutí pre seba. Keď ďatle vyhĺbia tieto diery, zažijú spomalenie 1200 gravitačných ťahov (Gs) takmer 22-krát za sekundu. Aby som to uviedol do perspektívy, ťažká autonehoda by priniesla ekvivalent 120 G na cestujúceho. Ako ďateľ vydrží tieto večné otrasy?

Odpoveď: prirodzené tlmiče. Pomocou videa a CT skenovania na Kalifornskej univerzite v Berkeley sa zistilo, že ďatle majú štyri štruktúry navrhnutý absorbovať mechanické nárazy. Poloelastický zobák vtáka, oblasť „hubovitá kosťMateriál za lebkou a cerebrospinálny mok spolupracujú spoločne, aby predĺžili čas, počas ktorého dôjde k otrasu mozgu, a tým inhibujú vibrácie. Na základe tohto mnohostranného dizajnu tím pracuje na vytvorení poľa aplikácií od letových záznamníkov odolnejších voči nárazom (čierne skrinky) až po kozmické lode odolné voči mikrometeoritom.

Maskovanie hlavonožcov

Kalmáre, rovnako ako všetky hlavonožce, sú schopné žiariť (bioluminiscencia), ako aj meniť farbu pokožky. Táto maskovacia schopnosť im umožňuje skryť sa pred predátormi, zatiaľ čo bioluminiscencia im umožňuje komunikovať s a/alebo prilákať partnera. Toto komplexné správanie je produkované sieťou špecializovaných kožných buniek a svalov.

Výskumníci z University of Houston vyvinuli podobné zariadenie schopné detekovať svoje okolie a prispôsobiť sa tomuto prostrediu za pár sekúnd. Tento skorý prototyp používa flexibilnú pixelovú mriežku využívajúcu ovládače, svetelné senzory a reflektory. Ako svetelné senzory odhaliť pri zmene okolia sa odošle signál na príslušnú diódu. V oblasti tak vzniká teplo a termochromatická mriežka potom mení farbu. Táto umelá „koža“ by mohla mať vojenské aj komerčné využitie.

Vetracie systémy inšpirované termitmi

Biomimikry často nie sú len o napodobňovaní anatomického alebo evolučného výklenku druhu. Niekedy si dokonca môžeme vziať podnety zo štruktúr, ktoré tieto zvieratá stavajú, aby sme si vytvorili lepšie systémy podpory života.

Termity často zle rapujú kvôli ich deštruktívnym vlastnostiam. Avšak termity sú neslávne známe tým, že vytvárajú niektoré z najprepracovanejších ventilačných systémov na chladenie na planéte. Dokonca aj na niektorých z najhorúcejších miest, tieto termitištia, zostávajú vo vnútri mimoriadne chladné.

Pomocou spletitej siete zámerne vzduchových vreciek kopčeky vytvárajú a prirodzené ventilačný systém využívajúci konvekciu. Strojárska firma Arup vybudoval v Zimbabwe celé obchodné centrum založené na tomto systéme prirodzenej konvekcie. V súčasnosti systém používa 10 percent menej energie ako tradičné klimatizované zariadenie.

Odporúčania redaktorov

• Udržujte to v tajnosti, držte to v bezpečí: 8 domov so skrytými miestnosťami a priechodmi
• Tu sú najlepšie technické darčeky, ktoré môžete získať za 100 dolárov alebo menej