Tukaj je 7 najboljših primerov biomimikrije in oblikovanja, ki ga navdihuje narava

Včasih najboljša rešitev problema ni vedno najbolj zapletena in, podobno, najboljši odgovor ni vedno nov. Medtem ko si ljudje morda le zmočimo noge (relativno gledano) z iznajdljivostjo, ima živalsko kraljestvo tisočletja evolucijskih poskusov in napak, iz katerih se lahko uči.

Biomimikrija, kot se imenuje, je metoda za ustvarjanje rešitev za človeške izzive s posnemanjem načrtov in idej, ki jih najdemo v naravi. Uporablja se povsod: zgradbe, vozila in celo materiali - zato smo mislili, da bi bilo zabavno zaokrožiti nekaj najbolj omembe vrednih primerov. Tukaj je osem najbolj osupljivih tehnoloških aplikacij, ki jih je navdihnila narava.

Vlaki naboji po navdihu ptic vodomca

Ko so japonski inženirji prevzeli zastrašujočo nalogo nadgradnje svojih hitrih vlakov s kroglami, je njihov dizajn naletel na eno nesrečno oviro. Težava ni bila doseči želene hitrosti teh vlakov, temveč ogromna količina hrupa, ki ga povzroča premik zraka pred vlaki. Ko so vlaki vstopali v predore, so vozila pogosto ustvarila glasen udarni val, znan kot "tunelski bum". Moč udarnih valov je povzročila celo strukturne

poškodbe do več tunelov.

Oblikovalska ekipa je ugotovila, da je krivec precej topa sprednja kapica vlakov. Da bi čim bolj zmanjšali roko tunela in povečali splošno aerodinamiko, bi potrebovali bolj poenostavljen nos. Inženirji so na koncu izdelali naslednji model po kljunu ptice Kingfisher.

Ptice vodomca imajo posebne kljune, ki jim omogočajo, da se potopijo v vodo in lovijo, medtem ko povzročajo minimalen pljusk. Z uporabo tega novega nosu je bila naslednja generacija vlakov serije 500 10 odstotkov hitrejša, porabljena 15 odstotkov manj električne energije, in kar je najpomembneje, nič več "buma".

Vetrne turbine po vzoru kitov grbavcev

Številne naše sodobne aerodinamične zasnove temeljijo na precej osnovnih načelih. Za optimalen dvig in minimalen upor so ključni elegantni robovi in ​​čiste linije. Vendar pa je v živalskem kraljestvu veliko vrst, ki so sposobne izjemnega vzgona. Kit grbavec, na primer, za pogon uporablja neravne, gomoljaste plavuti - kar se zdi precej protislovno.

A Harvard vodilna raziskovalna skupina je ugotovila, da ti noduli omogočajo kitom, da izberejo bolj strmo "napadni kot.” Vpadni kot je kot med tokom vode in ploskvijo plavuti. Pri kitih grbavcih je lahko ta napadni kot do 40 odstotkov bolj strm kot pri gladki plavutki. Zaradi teh majhnih grebenov se na različnih točkah vzdolž plavuti pojavijo prerezi. Tako se je polni stojnici veliko lažje izogniti.

Testi izvedeno Ameriška mornariška akademija je z uporabo modelov plavuti ugotovila, da so te biomimetične plavuti zmanjšale upor za skoraj tretjino in izboljšale vzgon za skupno osem odstotkov. Podjetje Whale Power s sedežem v Torontu v Kanadi je že izkoristilo to najnovejšo tehnologijo tubercle. Po navedbah MIT, biomimetične lopatice Whale Power pomagajo ustvariti "enako količino moči pri 10 milj na uro, kot jo običajne turbine ustvarijo pri 27 milj na uro."

Antimikrobni film, ki posnema kožo morskega psa

Morski psi so eden največjih plenilcev v morjih. Njihova lovska sposobnost je bila izpopolnjena v tisočletjih evolucije. Medtem ko so morski psi dobro znani po svojem izostrenem vohu in regeneraciji zob, lahko nove raziskave dejansko kažejo, da je koža te vrste njena najbolj evolucijska nišna prednost.

Koža morskega psa je prekrita s tako imenovanimi "dermalnimi zobci". Pomislite na te kot na prožne plasti majhni zobki. Ko so v gibanju, ti dermalni zobci dejansko ustvarijo območje nizkega tlaka. Ta vrtinec na sprednjem robu v bistvu "potegne" morskega psa naprej in pomaga zmanjšati upor. Ni treba posebej poudarjati, da obstaja veliko aplikacij za takšno zasnovo.

Speedo je zloglasno vključil biomimetično kožo morskega psa v linijo kopalk za olimpijske igre 2008. Glede na Smithsonian, 98 odstotkov medalj na olimpijskih igrah leta 2008 so osvojili plavalci, ki so nosili te kopalke iz kože morskega psa. Od takrat je tehnologija prepovedana na olimpijskih tekmovanjih.

Podobno, medtem ko je znano, da mnoge vodne vrste gostijo druge morske vrste na svojih telesih (kot so morski raki), morski psi ostajajo tako rekoč razmeroma »čisti«. Ti mikroskopski dermalni zobci prav tako pomagajo morskim psom braniti mikroorganizme. Ameriška mornarica je od takrat razvila material, znan kot Sharklet, ki temelji na tem vzorcu kože za pomoč pri zaviranju morske rasti na ladjah. Na podlagi iste zamisli številne bolnišnice uporabljajo tudi biomimetično kožo morskega psa film za boj proti navzkrižni kontaminaciji.

Sharkskin, trenutno tako vroče.

Pridobivanje vode kot hrošč Stenocara

V tem trenutku res ni skrivnost: dostop do vode je ključnega pomena za vsako trajnostno civilizacijo in življenje na tem planetu na splošno. Medtem ko imajo nekatere lokacije na svetu obilne vodne vire, kot so jezera in reke, se morajo bolj sušna podnebja zadovoljiti z omejenimi padavinami. Tehnologija, pridobljena iz hrošča, ki uspeva v enem najtežjih okolij na Zemlji, lahko zelo dobro pomaga pri začetku naslednje generacije pridobivanja čiste vode.

Hrošček Stenocara živi v sušni afriški puščavi Namib, vendar ima ta drobanec velik evolucijski trik, ki mu pomaga dobesedno črpati vodo iz zraka. Vzorec vozlov vzdolž hrošča omogoča, da bitje zbira vlago iz jutranje megle. Kapljice torej zdrs z izboklin v majhne kanale proti hroščovim ustjem. Akademiki trenutno uporabljajo to raziskavo za razvoj biomimetičnih vzorcev, ki lahko zbirajo vodo iz zraka.

Absorbira šok kot žolna

Žolne so znane po svoji izjemni sposobnosti izkopavanja. Bitja uporabljajo svoje kljune za iskanje žuželk in ustvarjanje kotičkov zase. Ko žolne izvrtajo te luknje, doživijo upočasnitev za 1200 gravitacijskih vlekov (Gs) skoraj 22-krat na sekundo. Če pogledamo to v perspektivo, bi huda prometna nesreča prinesla enakovredno 120 Gs na sopotniku. Le kako žolna vzdrži te nenehne sunke?

Odgovor: naravni amortizerji. Na kalifornijski univerzi v Berkeleyju so s pomočjo videoposnetkov in CT-skeniranja odkrili, da imajo žolne štiri strukture. zasnovano absorbirati mehanske udarce. Ptičji polelastičen kljun, površina "gobasta kost” material za lobanjo in cerebrospinalna tekočina delujeta usklajeno, da podaljšata čas, v katerem pride do tega pretresa, in tako zavirajo vibracije. Na podlagi te večplastne zasnove si ekipa prizadeva ustvariti niz aplikacij, ki segajo od bolj odpornih na udarce zapisovalnikov leta (črne skrinjice) do vesoljskih plovil, odpornih na mikrometeorite.

Kamuflaža glavonožcev

Lignji so tako kot vsi glavonožci sposobni svetiti (bioluminiscence) in spreminjati barvo kože. Ta kamuflažna sposobnost jim omogoča, da se skrijejo pred plenilci, medtem ko jim bioluminiscenca omogoča, da komunicirajo s partnerjem in/ali ga pritegnejo. To zapleteno vedenje proizvaja mreža specializiranih kožnih celic in mišic.

Raziskovalci na Univerzi v Houstonu so razvili podobno napravo, ki je sposobna zaznati svojo okolico in se ujemati s tem okoljem v samo nekaj sekundah. Ta zgodnji prototip uporablja prilagodljivo, pikselizirano mrežo, ki uporablja aktuatorje, svetlobne senzorje in reflektorje. Kot svetlobni senzorji zaznati ob spremembi okolice se na ustrezno diodo pošlje signal. To ustvarja toploto v območju in termokromatska mreža nato spremeni barvo. Ta umetna "koža" bi lahko imela tako vojaške kot komercialne namene.

Prezračevalni sistemi, ki so jih navdihnili termiti

Pogosto biomimikrija ni le posnemanje anatomske ali evolucijske niše vrste. Včasih se lahko celo zgledujemo po strukturah, ki jih zgradijo te živali, da ustvarimo boljše sisteme za vzdrževanje življenja.

Termiti zaradi svojih destruktivnih lastnosti pogosto dobijo slabo glasbo. Vendar so termiti zloglasni po tem, da so ustvarili nekatere najbolj dodelane prezračevalne sisteme za hlajenje na planetu. Celo v nekaterih najbolj vročih krajih so ti termitnjaki v notranjosti izjemno hladni.

Z uporabo zapletene mreže namerno zračnih žepov ustvarjajo gomile a naravno prezračevalni sistem s konvekcijo. Inženirsko podjetje Arup zgradil celotno nakupovalno središče v Zimbabveju, ki temelji na tem naravnem konvekcijskem sistemu. Trenutno sistem uporablja 10 odstotkov manj energije kot klasičen klimatiziran objekt.

Priporočila urednikov

• Naj bo skrivnost, naj bo varno: 8 domov s skritimi sobami in prehodi
• Tukaj so najboljša tehnološka darila, ki jih lahko dobite za 100 $ ali manj