Här är 7 av de bästa exemplen på biomimik och naturinspirerad design

Ibland är den bästa lösningen på ett problem inte alltid den mest komplexa, och på samma sätt är det bästa svaret inte alltid ett nytt. Medan vi människor kanske bara håller på att bli blöta (relativt sett) av uppfinningsrikedom, har djurriket årtusenden av evolutionära försök och misstag att lära av.

Biomimicry, som det kallas, är en metod för att skapa lösningar på mänskliga utmaningar genom att efterlikna design och idéer som finns i naturen. Det används överallt: byggnader, fordon och till och med material - så vi tyckte att det skulle vara kul att sammanfatta några av de mest anmärkningsvärda exemplen. Här är åtta av de mest häpnadsväckande tekniska applikationerna inspirerade av naturen.

Kultåg inspirerade av Kingfisher-fåglar

När japanska ingenjörer tog på sig den svåra uppgiften att uppgradera sina höghastighetståg för kultåg träffade deras design en olycklig hake. Problemet var inte att få upp dessa tåg till de önskade hastigheterna, utan snarare den enorma mängden buller som skapades av förskjutningen av luft framför tågen. När tågen gick in i tunnlar skapade fordonen ofta en hög chockvåg känd som "tunnelbom". Kraften i stötvågorna orsakade även strukturella skada till flera tunnlar.

Designteamet fastställde att den skyldige var tågens ganska trubbiga främre nosskydd. För att minimera tunnelbommen och öka den totala aerodynamiken skulle de behöva en mer strömlinjeformad nos. Ingenjörerna modellerade så småningom nästa modell efter Kingfisher-fågelns näbb.

Kingfisher-fåglar har specialiserade näbbar som gör att de kan dyka i vatten för att jaga samtidigt som de gör ett minimalt stänk. Genom att använda denna nya nos var nästa generations tåg i 500-serien 10 procent snabbare, förbrukade 15 procent mindre el, och viktigast av allt, ingen mer "boom".

Vindkraftverk modellerade efter knölvalar

Många av våra moderna aerodynamiska konstruktioner bygger på ganska grundläggande principer. För att få optimalt lyft och minimalt motstånd är slanka kanter och rena linjer nyckeln. Men i hela djurriket, många arter, kan exceptionellt lyft. Knölvalen, till exempel, använder stötiga, tuberkelfenor för framdrivning - vilket verkar ganska kontraintuitivt.

A Harvard ledde forskargruppen fastställde att dessa knölar gör det möjligt för valarna att välja en brantare "Angreppsvinkel.” Angreppsvinkeln är vinkeln mellan vattenflödet och flipperns yta. Med knölvalar kan denna attackvinkel vara upp till 40 procent brantare än en slät flipper. På grund av dessa små åsar uppstår sektionsstopp på olika ställen längs fenan. Detta gör att det är mycket lättare att undvika ett fullsatt stall.

Tester genomfördes av U.S. Naval Academy, med hjälp av simfötter, fastställde att dessa biomimetiska fenor minskade luftmotståndet med nästan en tredjedel och förbättrade lyftet med åtta procent totalt. Whale Power, ett företag baserat i Toronto, Kanada har redan utnyttjat denna senaste tuberkelteknik. Enligt MIT, Whale Powers biomimetiska blad hjälper till att generera "samma mängd kraft i 10 miles per timme som konventionella turbiner genererar i 17 miles per timme."

Antimikrobiell film som efterliknar hajskinn

Hajar är ett av havens topprovdjur. Deras jaktförmåga har finjusterats under årtusenden av evolution. Medan hajar är välkända för sitt akuta luktsinne och regenererande tänder, kan ny forskning faktiskt peka på artens hud som dess mest evolutionära nischtillgång.

Hajskinn är täckt med så kallade "dermala denticles". Tänk på dessa som i huvudsak flexibla lager av små tänder. När de är i rörelse skapar dessa dermala dentiklar faktiskt en lågtryckszon. Denna framkantsvirvel "drar" i huvudsak hajen framåt och hjälper också till att minska motståndet. Det behöver inte sägas att det finns många applikationer för en sådan design.

Speedo införlivade ökänt biomimetiskt hajskinn i en rad baddräkter för OS 2008. Enligt Smithsonian98 procent av medaljerna vid OS 2008 vann simmare som bar denna baddräkt i hajskinn. Sedan dess har tekniken varit förbjuden i olympiska tävlingar.

På samma sätt, medan många vattenlevande arter är kända för att vara värda för andra marina arter på deras kroppar (som havstulpaner), förblir hajar relativt "rena" så att säga. Dessa mikroskopiska dermala dentiklar hjälper också hajar att avvärja mikroorganismer. Den amerikanska flottan har sedan dess utvecklat ett material, känt som Sharklet, baserat på detta hudmönster för att hjälpa till att hämma marin tillväxt på fartyg. Baserat på samma idé använder många sjukhus också ett biomimetiskt hajskinn filma för att bekämpa korskontaminering.

Sharkskin, så varmt just nu.

Skörda vatten som stenocarabaggen

Det är verkligen ingen hemlighet i det här tillfället: tillgång till vatten är avgörande för varje hållbar civilisation och liv på denna planet i allmänhet. Medan vissa platser på jorden har rikliga vattenresurser som sjöar och floder, måste torrare klimat nöja sig med begränsad nederbörd. Teknik som härrör från en skalbagge som frodas i en av de hårdaste miljöerna på jorden kan mycket väl hjälpa till att starta nästa generations skörd av rent vatten.

Stenocara-baggen lever i den torra afrikanska Namib-efterrätten, men djuret i en krona har ett evolutionärt hack som hjälper den att bokstavligen dra vatten ur luften. Ett mönster av noder längs skalbaggens rygg gör att varelsen kan samla upp fukt från morgondimman. Dropparna då glida ta bort gupparna i små kanaler mot skalbaggens mun. Akademiker använder för närvarande denna forskning för att utveckla biomimetiska mönster som kan skörda vatten från luften.

Absorberar stötar som en hackspett

Hackspettar är kända för sin exceptionella grävkapacitet. Varelserna använder sina näbbar för att söka efter insekter och även för att skapa skrymslen åt sig själva. När hackspettar bar dessa hål upplever de en retardation på 1200 gravitationsdrag (Gs) nästan 22 gånger per sekund. För att sätta det i perspektiv skulle en svår bilolycka leverera motsvarande 120 Gs på en passagerare. Hur klarar hackspetten dessa eviga stötar?

Svaret: naturliga stötdämpare. Med hjälp av video- och CT-skanningar, forskat vid University of California, Berkeley, upptäckte man att hackspettar har fyra strukturer designad för att absorbera mekaniska stötar. Fågelns halvelastiska näbb, ett område med "svampigt ben” material bakom skallen och cerebrospinalvätska arbetar alla unisont för att förlänga den tid under vilken denna hjärnskakning inträffar och därför hämmar vibrationerna. Baserat på denna mångfacetterade design, arbetar teamet med att skapa en uppsättning applikationer som sträcker sig från mer stöttåliga flygmätare (svarta lådor) till mikrometeoritbeständiga rymdfarkoster.

Bläckfisk kamouflage

Bläckfiskar, som alla bläckfiskar, kan glöda (bioluminescens) såväl som att ändra sin hudfärg. Denna kamouflerande kapacitet gör det möjligt för dem att gömma sig från rovdjur medan bioluminescensen tillåter dem att kommunicera med och/eller attrahera en kompis. Detta komplexa beteende produceras av ett nätverk specialiserade hudceller och muskler.

Forskare vid University of Houston har utvecklat en liknande enhet som kan upptäcka dess omgivningar och matcha denna miljö på bara några sekunder. Denna tidiga prototyp använder ett flexibelt, pixlat rutnät som använder ställdon, ljussensorer och reflektorer. Som ljussensorer upptäcka, detektera a en förändring i omgivningen skickas en signal till motsvarande diod. Detta skapar värme i området och det termokromatiska gallret ändrar sedan färg. Denna konstgjorda "hud" kan ha både militära och kommersiella tillämpningar på vägen.

Ventilationssystem inspirerade av termiter

Ofta handlar biomimik inte bara om att efterlikna en anatomisk eller evolutionär nisch av en art. Ibland kan vi till och med ta ledtrådar från de strukturer som dessa djur bygger för att skapa bättre livsuppehållande system för oss själva.

Termiter får ofta en dålig rap på grund av deras destruktiva egenskaper. Emellertid är termiter ökända för att skapa några av de mest utarbetade ventilationssystemen för kylning på planeten. Även på några av de hetaste platserna, dessa termithögar, förblir exceptionellt svala inuti.

Med hjälp av ett intrikat nätverk av avsiktligt luftfickor skapar högarna en naturlig ventilationssystem med konvektion. Ingenjörsfirman Arup byggde ett helt köpcentrum i Zimbabwe baserat på detta naturliga konvektionssystem. För närvarande använder systemet 10 procent mindre energi än en traditionell luftkonditionerad anläggning.

Redaktörens rekommendationer

• Håll det hemligt, håll det säkert: 8 hem med dolda rum och passager
• Här är de bästa tekniska presenterna du kan få för $100 eller mindre