Ось 7 найкращих прикладів біомімікрії та дизайну, натхненного природою

Іноді найкраще рішення проблеми не завжди є найскладнішим, і, так само, найкраща відповідь не завжди є новою. У той час як ми, люди, можемо просто мочити ноги (умовно кажучи) винахідливістю, у тваринного світу є тисячоліття еволюційного процесу проб і помилок, на якому можна вчитися.

Біомімікрія, як її називають, — це метод створення рішень людських проблем шляхом наслідування дизайнів та ідей, знайдених у природі. Він використовується скрізь: у будівлях, транспортних засобах і навіть у матеріалах — тому ми подумали, що було б цікаво зібрати кілька найбільш примітних прикладів. Ось вісім найдивовижніших технологічних застосувань, натхненних природою.

Поїзди-кулі, натхненні птахами зимородками

Коли японські інженери взялися за складне завдання модернізації своїх високошвидкісних швидкісних потягів, їх конструкція натрапила на одну прикру проблему. Проблема полягала не в тому, щоб розвинути потяги до бажаної швидкості, а у величезній кількості шуму, створюваного переміщенням повітря попереду поїздів. Коли потяги входили в тунелі, транспортні засоби часто створювали гучну ударну хвилю, відому як «тунельний бум». Потужність ударних хвиль навіть викликала структурні пошкодження до кількох тунелів.

Команда дизайнерів визнала винуватцем досить тупий передній носовий ковпачок поїздів. Щоб мінімізувати стрілу тунелю та підвищити загальну аеродинаміку, їм знадобиться більш обтічний ніс. Зрештою інженери створили наступну модель за дзьобом птаха зимородка.

Птахи зимородки мають спеціалізовані дзьоби, які дозволяють їм занурюватися у воду для полювання, створюючи мінімальний бризок. Використовуючи цей новий ніс, поїзди наступного покоління серії 500 були на 10 відсотків швидшими, споживаними На 15 відсотків менше електроенергії, і, головне, більше ніякого «буму».

Вітрові турбіни за зразком горбатих китів

Багато з наших сучасних аеродинамічних конструкцій спираються на базові принципи. Щоб отримати оптимальну підйомну силу та мінімальний опір, витончені краї та чіткі лінії є ключовими. Однак у всьому царстві тварин багато видів, здатних на виняткову підйомну силу. Горбатий кит, наприклад, використовує горбисті плавники для руху, що здається досить суперечливим.

А Гарвард очолювана дослідницька група встановила, що ці конкреції дозволяють китам вибирати більш круті “кут атаки.” Кут атаки - це кут між потоком води і лицьовою стороною ласта. У горбатих китів цей кут атаки може бути на 40 відсотків крутішим, ніж у гладкого ласта. Завдяки цим невеликим хребтам у різних точках уздовж плавця виникають секційні зупинки. Завдяки цьому набагато простіше уникнути повного кіоску.

Тести проведено Військово-морська академія США, використовуючи моделі ласт, визначила, що ці біоміметичні ласти зменшили опір майже на третину та покращили підйомну силу на вісім відсотків загалом. Whale Power, компанія, що базується в Торонто, Канада, вже використала цю останню технологію проти горбків. Відповідно до MIT, біоміметичні лопаті Whale Power допомагають генерувати «таку саму кількість енергії на швидкості 10 миль на годину, яку виробляють звичайні турбіни на швидкості 27 миль на годину».

Антимікробна плівка, що імітує шкіру акули

Акули є одними з головних хижаків морів. Їхня мисливська майстерність була відточена протягом тисячоліть еволюції. Хоча акули добре відомі своїм гострим нюхом і регенерацією зубів, нові дослідження можуть фактично вказати на те, що шкіра цього виду є його найбільш еволюційним активом.

Акуляча шкіра покрита так званими «шкірними зубчиками». Подумайте про це як про гнучкі шари дрібні зуби. Під час руху ці дермальні зубці створюють зону низького тиску. Цей вихор передньої кромки фактично «тягне» акулу вперед і також допомагає зменшити опір. Варто сказати, що для такої конструкції існує маса застосувань.

Відомо, що Speedo включив біоміметичну шкіру акули в лінію купальників для Олімпіади 2008 року. Відповідно до Смітсонівський98 відсотків медалей на Олімпійських іграх 2008 року завоювали плавці, одягнені в цей купальний костюм із акулячої шкіри. Відтоді ця технологія була заборонена на олімпійських змаганнях.

Подібним чином, хоча відомо, що багато водних видів містять на своїх тілах інших морських видів (наприклад, вусонухів), акули залишаються відносно «чистими», так би мовити. Ці мікроскопічні дермальні зубчики також допомагають акулам відбиватися від мікроорганізмів. З тих пір ВМС США розробили матеріал, відомий як Sharklet, заснований на цьому малюнку шкіри, щоб допомогти пригнічувати морський ріст на кораблях. Виходячи з цієї ідеї, багато лікарень також використовують біоміметичну шкіру акули фільм для боротьби з перехресним забрудненням.

Sharkskin, зараз так жарко.

Збір води, як жук стенокар

На даному етапі це дійсно не секрет: доступ до води є ключовим для будь-якої стійкої цивілізації та життя на цій планеті загалом. Хоча деякі місця на земній кулі мають рясні водні ресурси, такі як озера та річки, більш посушливий клімат повинен задовольнятися обмеженою кількістю опадів. Технологія, отримана від жука, який процвітає в одному з найсуворіших середовищ на Землі, цілком може допомогти почати наступне покоління збирання чистої води.

Жук Stenocara живе в посушливому африканському пустелі Наміб, але ця істота розміром з копійки має еволюційний спосіб, який допомагає їй буквально витягувати воду буквально з повітря. Вузли вздовж спини жука дозволяють істоті збирати вологу з ранкового туману. Тоді краплі слайд від нерівностей у маленькі канали до рота жука. Вчені зараз використовують ці дослідження для розробки біоміметичних моделей, здатних збирати воду з повітря.

Поглинаючи удари, як дятел

Дятли відомі своєю винятковою здатністю до копання. Істоти використовують свій дзьоб, щоб шукати комах, а також створювати собі куточки. Коли дятли свердлять ці отвори, вони відчувають уповільнення на 1200 гравітаційних потягів (Gs) майже 22 рази на секунду. З огляду на це, серйозна автомобільна аварія дасть еквівалент 120 Г на пасажира. Тільки як дятел витримує ці вічні поштовхи?

Відповідь: природні амортизатори. Використовуючи відео та комп’ютерну томографію, дослідники Каліфорнійського університету в Берклі виявили, що дятли мають чотири структури розроблений для поглинання механічних ударів. Напівеластичний дзьоб птаха, площа “губчаста кістка«матеріал позаду черепа та спинномозкова рідина працюють узгоджено, подовжуючи час, протягом якого відбувається цей струс, і, таким чином, пригнічують вібрацію. Базуючись на цій багатогранній конструкції, команда працює над створенням ряду додатків, починаючи від більш стійких до ударів бортових самописців (чорних ящиків) і закінчуючи стійкими до мікрометеоритів космічними апаратами.

Камуфляж головоногих

Кальмари, як і всі головоногі молюски, здатні світитися (біолюмінесценція), а також змінювати колір шкіри. Ця здатність до маскування дозволяє їм ховатися від хижаків, тоді як біолюмінесценція дозволяє їм спілкуватися з партнером та/або залучати його. Ця складна поведінка створюється мережею спеціалізованих клітин шкіри та м’язів.

Дослідники з Університету Х'юстона розробили подібний пристрій, здатний виявляти його оточення та відповідати цьому середовищу за лічені секунди. Цей ранній прототип використовує гнучку піксельну сітку з приводами, датчиками світла та відбивачами. Як датчики світла виявити при зміні навколишнього середовища на відповідний діод надходить сигнал. Це створює тепло в області, а потім термохроматична сітка змінює колір. Ця штучна «шкіра» може мати як військове, так і комерційне застосування.

Системи вентиляції, створені за мотивами термітів

Часто біомімікрія — це не просто імітація анатомічної чи еволюційної ніші виду. Іноді ми навіть можемо взяти підказки зі структур, які будують ці тварини, щоб створити для себе кращі системи життєзабезпечення.

Терміти часто отримують погану репутацію через свої руйнівні властивості. Однак терміти сумно відомі тим, що створили одні з найдосконаліших систем вентиляції для охолодження на планеті. Навіть у деяких із найспекотніших місць ці термітники залишаються надзвичайно прохолодними всередині.

Використовуючи заплутану мережу навмисно повітряних кишень, горби створюють a природний система вентиляції з використанням конвекції. Інженерна фірма Аруп побудував цілий торговий центр у Зімбабве на основі цієї природної конвекційної системи. Зараз система використовує 10 відсотків менше енергії, ніж традиційне приміщення з кондиціонером.

Рекомендації редакції

• Тримайте це в таємниці, бережіть це в безпеці: 8 будинків із прихованими кімнатами та проходами
• Ось найкращі технічні подарунки, які ви можете отримати за 100 доларів або менше