นี่คือ 7 ตัวอย่างที่ดีที่สุดของการเลียนแบบทางชีวภาพและการออกแบบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ

บางครั้งวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดก็ไม่ได้ซับซ้อนเสมอไป และในทำนองเดียวกัน คำตอบที่ดีที่สุดก็ไม่ใช่คำตอบใหม่เสมอไป ในขณะที่มนุษย์อย่างพวกเราอาจจะแค่ทำให้เท้าของเราเปียก (ค่อนข้างพูด) ด้วยความเฉลียวฉลาด แต่อาณาจักรสัตว์มีการลองผิดลองถูกทางวิวัฒนาการนับพันปีให้เรียนรู้

การเลียนแบบทางชีวภาพ (Biomimicry) ที่เรียกว่าเป็นวิธีการสร้างวิธีแก้ปัญหาต่อความท้าทายของมนุษย์โดยเลียนแบบการออกแบบและแนวคิดที่พบในธรรมชาติ มันถูกใช้ทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นอาคาร ยานพาหนะ และแม้กระทั่งวัสดุ — ดังนั้นเราจึงคิดว่าคงจะสนุกที่จะรวบรวมตัวอย่างที่น่าสนใจที่สุดบางส่วน ต่อไปนี้เป็นแอปพลิเคชั่นทางเทคโนโลยีที่น่าทึ่งที่สุด 8 รายการที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ

รถไฟหัวกระสุนที่ได้แรงบันดาลใจจากนกกระเต็น

เมื่อวิศวกรชาวญี่ปุ่นต้องรับหน้าที่ท้าทายในการอัพเกรดรถไฟหัวกระสุนความเร็วสูง การออกแบบของพวกเขาก็ประสบอุปสรรคอย่างหนึ่ง ปัญหาไม่ได้อยู่ที่การทำให้รถไฟขบวนนี้มีความเร็วที่ต้องการ แต่เป็นเสียงรบกวนจำนวนมหาศาลที่เกิดจากการแทนที่ของอากาศด้านหน้ารถไฟ ขณะที่รถไฟเข้าไปในอุโมงค์ ยานพาหนะมักจะสร้างคลื่นกระแทกที่เรียกว่า "อุโมงค์บูม" พลังของคลื่นกระแทกยังทำให้เกิดโครงสร้างอีกด้วย

ความเสียหาย ไปยังอุโมงค์หลายแห่ง

ทีมออกแบบระบุว่าผู้กระทำผิดคือฝาครอบจมูกด้านหน้าของรถไฟค่อนข้างทื่อ เพื่อลดความบูมของอุโมงค์และเพิ่มอากาศพลศาสตร์โดยรวม พวกเขาจำเป็นต้องมีส่วนจมูกที่เพรียวบางมากขึ้น ในที่สุดวิศวกรก็ได้สร้างแบบจำลองต่อไปตามจงอยปากของนกกระเต็น

นกกระเต็นมีจะงอยปากแบบพิเศษที่ช่วยให้พวกมันดำดิ่งลงไปในน้ำเพื่อล่าสัตว์โดยที่สาดน้ำเพียงเล็กน้อยได้ ด้วยการใช้จมูกใหม่นี้ รถไฟซีรีส์ 500 รุ่นถัดไปจึงเร็วขึ้น 10 เปอร์เซ็นต์และใช้หมด ไฟฟ้าน้อยลง 15 เปอร์เซ็นต์และที่สำคัญที่สุด ไม่มี "บูม" อีกต่อไป

กังหันลมที่จำลองมาจากวาฬหลังค่อม

การออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์สมัยใหม่หลายชิ้นของเราอาศัยหลักการที่ค่อนข้างพื้นฐาน เพื่อให้ได้การยกที่ดีที่สุดและการลากที่น้อยที่สุด ขอบที่ทันสมัยและเส้นสายที่สะอาดตาคือกุญแจสำคัญ อย่างไรก็ตาม ทั่วทั้งอาณาจักรสัตว์ มีสัตว์หลายชนิดที่สามารถยกตัวได้เป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น วาฬหลังค่อมใช้ครีบตุ่มที่เป็นหลุมเป็นบ่อในการขับเคลื่อน ซึ่งดูเหมือนจะขัดกับสัญชาตญาณ

ก ฮาร์วาร์ด นำทีมวิจัยตัดสินใจว่าก้อนเหล่านี้ทำให้ปลาวาฬสามารถเลือกชันได้”มุมของการโจมตี” มุมการโจมตีคือมุมระหว่างการไหลของน้ำกับหน้าตีนกบ สำหรับวาฬหลังค่อม มุมการโจมตีนี้สามารถชันได้สูงกว่าฟลิปเปอร์แบบเรียบถึง 40 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากสันเขาเล็กๆ เหล่านี้ แผงกั้นจึงเกิดขึ้นที่จุดต่างๆ ตามแนวครีบ ทำให้หลีกเลี่ยงแผงลอยเต็มได้ง่ายขึ้นมาก

การทดสอบ ดำเนินการ โดย U.S. Naval Academy โดยใช้ครีบจำลอง พบว่าครีบเลียนแบบชีวภาพเหล่านี้ลดการลากได้เกือบหนึ่งในสาม และปรับปรุงการยกขึ้นโดยรวมแปดเปอร์เซ็นต์ Whale Power ซึ่งเป็นบริษัทที่ตั้งอยู่ในโตรอนโต ประเทศแคนาดา ได้ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี tubercle ล่าสุดนี้แล้ว ตาม เอ็มไอทีใบพัดชีวเลียนแบบของ Whale Power ช่วยสร้าง "ปริมาณพลังงานที่เท่ากันที่ 10 ไมล์ต่อชั่วโมง ซึ่งเท่ากับกังหันทั่วไปที่ความเร็ว 17 ไมล์ต่อชั่วโมง"

ฟิล์มต้านจุลชีพเลียนแบบหนังฉลาม

ฉลามเป็นหนึ่งในสัตว์นักล่าชั้นยอดแห่งท้องทะเล ความสามารถในการล่าของพวกมันได้รับการปรับปรุงอย่างละเอียดตลอดระยะเวลากว่าพันปีแห่งวิวัฒนาการ แม้ว่าฉลามจะขึ้นชื่อในเรื่องการรับกลิ่นและการงอกใหม่ของฟัน แต่การวิจัยใหม่อาจชี้ไปที่ผิวหนังของฉลามว่าเป็นทรัพย์สินที่มีการพัฒนาเฉพาะกลุ่มที่สุด

หนังฉลามถูกปกคลุมไปด้วยสิ่งที่เรียกว่า “ผิวหนังฟัน” คิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นเลเยอร์ที่ยืดหยุ่นโดยพื้นฐาน ฟันเล็ก. เมื่อมีการเคลื่อนไหว เดตติเคิลผิวหนังเหล่านี้จะสร้างโซนแรงดันต่ำขึ้นมาจริงๆ กระแสน้ำวนที่นำหน้านี้จะ "ดึง" ฉลามไปข้างหน้าโดยพื้นฐานแล้วยังช่วยลดการลากอีกด้วย ไม่จำเป็นต้องพูดว่ามีแอปพลิเคชั่นมากมายสำหรับการออกแบบดังกล่าว

Speedo ได้นำหนังฉลามที่เลียนแบบธรรมชาติมาใช้ในชุดว่ายน้ำสำหรับการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกปี 2008 ให้เป็นไปตาม สมิธโซเนียน98 เปอร์เซ็นต์ของเหรียญรางวัลในการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกปี 2008 ชนะโดยนักว่ายน้ำที่สวมชุดว่ายน้ำหนังฉลามรุ่นนี้ ตั้งแต่นั้นมาเทคโนโลยีก็ถูกห้ามในการแข่งขันโอลิมปิก

ในทำนองเดียวกัน แม้ว่าสัตว์น้ำหลายชนิดเป็นที่รู้กันว่าเป็นที่อยู่อาศัยของนาวิกโยธินสายพันธุ์อื่นๆ บนร่างกายของพวกมัน (เช่น เพรียง) ฉลามยังคงค่อนข้าง "สะอาด" เนื้อฟันขนาดเล็กเหล่านี้ยังช่วยให้ฉลามสามารถกำจัดสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กได้อีกด้วย กองทัพเรือสหรัฐฯ ได้พัฒนาวัสดุที่เรียกว่า ชาร์คเล็ตโดยอาศัยรูปแบบผิวหนังนี้เพื่อช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตทางทะเลบนเรือ จากแนวคิดเดียวกันนี้ โรงพยาบาลหลายแห่งก็ใช้หนังฉลามที่เลียนแบบทางชีวภาพเช่นกัน ฟิล์ม เพื่อต่อสู้กับการปนเปื้อนข้าม

Sharkskin มาแรงมากตอนนี้

การเก็บน้ำเหมือนด้วง Stenocara

ในช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อนี้ไม่มีความลับจริงๆ การเข้าถึงน้ำถือเป็นหัวใจสำคัญของอารยธรรมและสิ่งมีชีวิตที่ยั่งยืนบนโลกนี้โดยทั่วไป แม้ว่าสถานที่บางแห่งในโลกจะมีแหล่งน้ำที่อุดมสมบูรณ์ เช่น ทะเลสาบและแม่น้ำ แต่สภาพอากาศที่แห้งแล้งกว่านั้นก็ต้องเกี่ยวข้องกับการมีปริมาณฝนที่จำกัด เทคโนโลยีที่ได้มาจากด้วงที่เจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายที่สุดแห่งหนึ่งของโลกอาจช่วยเริ่มต้นการเก็บเกี่ยวน้ำสะอาดรุ่นต่อไปได้เป็นอย่างดี

ด้วง Stenocara อาศัยอยู่ในของหวานนามิบแอฟริกันที่แห้งแล้ง แต่สัตว์ขนาดเท่าเหรียญห้าสิบนั้นมีวิวัฒนาการที่จะช่วยดึงน้ำออกจากอากาศบางๆ ได้อย่างแท้จริง รูปแบบของปมตามหลังของด้วงทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถรวบรวมความชื้นจากหมอกยามเช้าได้ หยดน้ำนั้น สไลด์ หลุดออกจากช่องเล็กๆ ไปทางปากด้วง ปัจจุบันนักวิชาการกำลังใช้งานวิจัยนี้เพื่อพัฒนารูปแบบการเลียนแบบทางชีวภาพที่สามารถดึงน้ำจากอากาศได้

ดูดซับแรงกระแทกได้เหมือนนกหัวขวาน

นกหัวขวานเป็นที่รู้จักในด้านความสามารถในการขุดค้นที่ยอดเยี่ยม สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ใช้จะงอยปากเพื่อหาแมลงและสร้างซอกมุมให้กับตัวเองด้วย ขณะที่นกหัวขวานเจาะหลุมเหล่านี้ พวกมันจะพบกับแรงโน้มถ่วง 1,200 ครั้ง (Gs) เกือบ 22 ครั้งต่อวินาที หากมองในแง่นั้น อุบัติเหตุรถชนขั้นรุนแรงก็อาจส่งผลเทียบเท่ากับ 120 Gs กับผู้โดยสาร นกหัวขวานสามารถทนต่อการกระแทกอย่างต่อเนื่องเหล่านี้ได้อย่างไร?

คำตอบ: โช้คอัพธรรมชาติ จากการใช้วิดีโอและซีทีสแกน วิจัยที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ พบว่านกหัวขวานมีโครงสร้างสี่แบบ ออกแบบ เพื่อดูดซับแรงกระแทกทางกล จงอยปากกึ่งยืดหยุ่นของนกบริเวณ “กระดูกเป็นรูพรุน” วัสดุที่อยู่ด้านหลังกะโหลกศีรษะและน้ำไขสันหลังทั้งหมดทำงานร่วมกันเพื่อยืดเวลาการกระทบกระเทือนทางสมองและยับยั้งการสั่นสะเทือน จากการออกแบบที่หลากหลายนี้ ทีมงานกำลังทำงานเพื่อสร้างแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายตั้งแต่เครื่องบันทึกการบินที่ทนทานต่อแรงกระแทก (กล่องดำ) ไปจนถึงยานอวกาศที่ทนทานต่ออุกกาบาตขนาดเล็ก

ลายพรางเซฟาโลพอด

ปลาหมึกก็เหมือนกับปลาหมึกอื่นๆ ที่สามารถเรืองแสง (การเรืองแสงของสิ่งมีชีวิต) รวมถึงการเปลี่ยนสีผิวได้ ความสามารถในการพรางตัวช่วยให้พวกมันสามารถซ่อนตัวจากผู้ล่าได้ ในขณะที่การเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิตช่วยให้พวกมันสามารถสื่อสารและ/หรือดึงดูดคู่ครองได้ พฤติกรรมที่ซับซ้อนนี้เกิดจากเครือข่ายเซลล์ผิวหนังและกล้ามเนื้อเฉพาะทาง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮูสตันได้พัฒนาอุปกรณ์ที่คล้ายกันซึ่งสามารถตรวจจับบริเวณโดยรอบและจับคู่สภาพแวดล้อมนี้ได้ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที ต้นแบบในช่วงแรกนี้ใช้กริดแบบพิกเซลที่ยืดหยุ่นซึ่งใช้แอคชูเอเตอร์ เซ็นเซอร์วัดแสง และตัวสะท้อนแสง เป็นเซ็นเซอร์วัดแสง ตรวจจับ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อม สัญญาณจะถูกส่งไปยังไดโอดที่เกี่ยวข้อง สิ่งนี้จะสร้างความร้อนในพื้นที่และกริดเทอร์โมโครมาติกจะเปลี่ยนสี “ผิวหนัง” เทียมนี้อาจนำไปใช้ทั้งทางการทหารและเชิงพาณิชย์ในอนาคต

ระบบระบายอากาศที่ได้แรงบันดาลใจจากปลวก

บ่อยครั้ง การเลียนแบบทางชีวภาพไม่ได้เป็นเพียงการเลียนแบบเฉพาะทางกายวิภาคหรือวิวัฒนาการของสายพันธุ์เท่านั้น บางครั้งเราอาจใช้สัญญาณจากโครงสร้างที่สัตว์เหล่านี้สร้างขึ้นเพื่อสร้างระบบช่วยชีวิตที่ดีขึ้นสำหรับตัวเราเอง

ปลวกมักจะถูกข่มขืนไม่ดีเพราะมีคุณสมบัติในการทำลายล้าง อย่างไรก็ตาม ปลวกมีชื่อเสียงในด้านการสร้างระบบระบายอากาศที่ซับซ้อนที่สุดเพื่อระบายความร้อนบนโลก แม้แต่ในสถานที่ที่ร้อนที่สุดบางแห่ง กองปลวกเหล่านี้ก็ยังคงเย็นอยู่ภายในเป็นพิเศษ

ด้วยการใช้เครือข่ายที่ซับซ้อนของช่องอากาศโดยเจตนา เนินดินจึงสร้าง เป็นธรรมชาติ ระบบระบายอากาศโดยใช้การพาความร้อน บริษัทวิศวฯ อารุป สร้างศูนย์การค้าทั้งหมดในซิมบับเวโดยใช้ระบบหมุนเวียนความร้อนตามธรรมชาตินี้ ขณะนี้ระบบใช้ 10 เปอร์เซ็นต์ พลังงานน้อยกว่าเครื่องปรับอากาศแบบเดิมๆ

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• เก็บเป็นความลับ รักษาความปลอดภัย: บ้าน 8 หลังพร้อมห้องและทางเดินที่ซ่อนอยู่
• นี่คือของขวัญเทคโนโลยีที่ดีที่สุดที่คุณสามารถซื้อได้ในราคา $ 100 หรือน้อยกว่า