Milijonai evoliucijos metų suformavo mus supantį pasaulį ir sukūrė daug neįtikėtinų dalykų. Biomimika yra tada, kai stebime gamtos bruožą ir kopijuojame jį ar jo dalis žmogaus technologijoms ir dizainui. Yra daug puikių biomimikos pavyzdžių.
Biomimikrija susijusi su daugeliu žmogaus veiklos sektorių. Nuo medicinos iki mokslinių tyrimų, pramonės, ekonomikos, architektūros, miestų planavimo, žemės ūkio ir vadybos. Šis sąrašas nėra baigtinis, nes biologinė mimika visų pirma yra klausimas, kaip mes žiūrime į šias kompetencijos sritis. Todėl jis gali būti daugiau ar mažiau tiesiogiai taikomas visiems sektoriams.
Biomimikrijos koncepcija remiasi pagrindine idėja: gamta visada veikia pagal ekonomiškumo ir efektyvumo principus, negamindama atliekų. Prisimenate Lavoirą sakant: „niekas neprarandama, niekas nesukuriama, viskas transformuojama“? Būtent tokia idėja. Nepriklausomai nuo taikymo srities, biomimetikos filosofija yra pasaulinės atsakingo ir tvaraus vystymosi strategijos , kuria siekiama subalansuoti planetos išteklių naudojimą, dalis.
Kas yra biomimikrija?
Biomimikrija (kaip rodo pavadinimas, yra gyvų būtybių imitacija) siekia įkvėpimo iš natūralios atrankos ir gamtos priimtų sprendimų bei paversti principus žmogaus inžinerijai. Tai būdas sukurti žmonių iššūkių sprendimus, imituojant gamtoje randamus dizainus ir idėjas. Jis naudojamas visur: pastatuose, transporto priemonėse ir net medžiagose.
Biomimika, kaip metodas, yra graži kelionė į tai, ko galime išmokti iš gamtos, o tuo pačiu sustipriname savo santykius ir ryšį su gamtos pasauliu. Tai gyvybiškai svarbus elementas kuriant tvaresnį, sveikesnį ir teisingesnį pasaulį visiems žmonėms ir visoms rūšims. Taigi, mes manėme, kad būtų smagu apibendrinti keletą labiausiai dėmesio vertų pavyzdžių.
10 Puikūs biomimikrijos pavyzdžiai vaikams ir mokslininkams
Biomimikrija, kaip minėta, įkvėpimo ieško gamtos ir natūralių sistemų, naudodama gamtos įkvėptas strategijas dizainui tobulinti. Prisitaikydamas ir evoliucionuodamas personažas praleidžia milijonus metų, ieškodamas problemų, o galų gale sukuria neįtikėtinų naujovių. Neefektyvumas išlieka ne vienas, o žmonių inžinieriai ir dizaineriai dažnai ieško šiuolaikinių problemų sprendimų.
Štai keletas puikių mokslo, inžinerijos ir inovacijų biomimikos pavyzdžių, kuriuos paveikė gamtos įkvėptas dizainas vaikams ir mokslininkams.
- Ryklio odos imitacija maudymosi kostiumėliui
- Karališkųjų paukščių įkvėpti kulkiniai traukiniai (kaip ir Disney)
- Vėjo turbinos, sukurtos pagal kuprotuosius banginius
- Vabalai ir savaime prisipildantys vandens buteliai
- Sugeriantis šokiruoja kaip genys
- Galvakojų kamufliažas
- Termitų įkvėptos vėdinimo sistemos
- Paukščių įkvėpti purkštukai
- Burr ir Velcro
- Drugelio sparnai ir saulės energija
1. Ryklio odą imituojantis maudymosi kostiumėlis
Rykliai yra vieni didžiausių jūrų plėšrūnų. Nors rykliai yra gerai žinomi dėl savo aštraus uoslės ir greitai atsinaujinančių dantų, nauji tyrimai gali parodyti, kad šios rūšies oda yra labiausiai evoliucinis jos turtas.
Ryklio oda yra padengta daugybe persidengiančių žvynų, vadinamų „odos dantukais“. Judėdami šie odos dantukai sukuria žemo slėgio zoną. Šis priekinio krašto sūkurys iš esmės „traukia“ ryklį į priekį ir taip pat padeda sumažinti pasipriešinimą. Nereikia nė sakyti, kad tokiam dizainui yra daugybė programų.
Mokslininkai atkartojo odos dantukus maudymosi kostiumėliuose (kurie dabar uždrausti didelėse varžybose) ir valčių dugne. Ryklių odos įkvėpti maudymosi kostiumėliai sulaukė daug žiniasklaidos dėmesio 2008 m. vasaros olimpinėse žaidynėse, kai dėmesio centre buvo Michaelas Phelpsas.
„Speedo“ žinomai įtraukė biomimetinę ryklio odą į 2008 m. olimpinių žaidynių maudymosi kostiumėlių liniją. Anot Smithsonian, 98 procentus 2008 m. olimpinių žaidynių medalių iškovojo plaukikai, vilkintys ryklio odos maudymosi kostiumėlius. Nuo tada technologijos buvo uždraustos olimpinėse varžybose.
Panašiai, nors žinoma, kad daugelis vandens gyvūnų rūšių savo kūnuose gyvena ir kitose jūrinėse rūšyse (pvz., kriauklėse), rykliai išlieka gana „švarūs“. Šie mikroskopiniai odos dantukai taip pat padeda rykliams atbaidyti mikroorganizmus, tokius kaip dumbliai ir kriauklės. Jungtinių Valstijų karinis jūrų laivynas vėliau sukūrė medžiagą, vadinamą „Sharklet“, pagrįstą šiuo odos raštu, kuri padeda slopinti jūrinį augimą laivuose.
2. „Bullet Trains“ įkvėpti karališkųjų paukščių (kaip „Disney“)
Karaliaučiaus paukščiai turi specializuotus snapus, leidžiančius nerti į vandenį medžioti, o tuo pačiu aptaškyti. Naudojant šią naują nosį, naujos kartos 500 serijos traukiniai buvo 10 procentų greitesni, sunaudojo 15 procentų mažiau elektros ir, svarbiausia, neturėjo daugiau „bumo“.
Kai japonų inžinieriai ėmėsi nelengvos užduoties atnaujinti savo greituosius kulkinius traukinius, jų konstrukcija susidūrė su viena apgailėtina kliūtimi. Problema buvo ne šių traukinių važiavimas norimu greičiu, o didžiulis triukšmas, kurį sukėlė oro išstūmimas prieš traukinius. Traukiniams įvažiuojant į tunelius, transporto priemonės dažnai keldavo garsią smūgio bangą, vadinamą „tunelio bumu“.
Smūgių bangų galia netgi padarė kelių tunelių konstrukcinių pažeidimų. Siekdami sumažinti šį bumą, japonų inžinieriai imitavo Kingfisher paukščio snapą, kuris, patekęs į vandenis, sukelia minimalų purslų kiekį. Sukūrę šią naują nosies formą, traukiniai buvo 10 procentų greitesni, sunaudojo 15 procentų mažiau elektros ir, svarbiausia, nebebuvo „bumo“.
Šio tipo naujoviškas procesas vadinamas dirbtine fotosinteze, kai bioninis lapas sukuria vandenilio kurą iš saulės šviesos. Tikimasi, kad tai bus potencialus pasaulinis energijos proveržis, skaidant vandenį naudojant saulės energiją.
Šio tipo atsinaujinantys degalai neišskiria jokių teršalų
3. Vėjo turbinos, sukurtos pagal Kuprotųjų banginių modelį
Pavyzdžiui, kuprotasis banginis varymui naudoja nelygius, gumbuotus pelekus, o tai atrodo gana prieštaringa. Šie banginiai paveikė naujus vėjo turbinų modelius.
Banginiai, žinomi kaip didžiausia pasaulyje žuvis, ilgą laiką plaukioja aplink vandenyną, o evoliucija juos pavertė itin efektyvia gyvybės forma. Jie gali pasinerti šimtus pėdų žemiau paviršiaus ir ten išbūti valandas. Jie išlaiko savo didžiulį dydį maitindami gyvūnais, mažesniais, nei mato akis, o judėjimą skatina itin efektyviais pelekais ir uodega. Tai įmanoma dėl to, kad yra kuprotas.
Kuprotojo banginio priekinių pelekų keteros, vadinamos gumbais, turi įtakos vandens tekėjimui per pelekus. Jis sukuria aerodinaminį srautą vandenyje. Gumbeliai leidžia jiems plaukti dideliu greičiu, nepaisant jų didelio dydžio.
Daugelis mūsų šiuolaikinių aerodinaminių konstrukcijų remiasi gana pagrindiniais principais. Norint pasiekti optimalų pakėlimą ir minimalų pasipriešinimą, labai svarbūs aptakūs kraštai ir švarios linijos. Tačiau visoje gyvūnų karalystėje daugelis rūšių yra pajėgios išskirtinai.
Duke universiteto, Vakarų Česterio universiteto ir JAV karinio jūrų laivyno akademijos mokslininkai išsiaiškino, kad banginio peleko priekinio krašto iškilimai labai padidina jo efektyvumą, sumažina pasipriešinimą 32 procentais ir padidina keliamąją galią 8 procentais. Šios sureguliuotos mentės taip pat padeda generuoti tiek pat galios 10 mylių per valandą greičiu, kaip įprastos turbinos generuoja 17 mylių per valandą greičiu.
Įmonės taiko idėją vėjo turbinų mentėms, aušinimo ventiliatoriams, lėktuvo sparnams ir oro sraigtams.
4. Vabalai ir savaime prisipildantys vandens buteliai
Šiuo metu ne paslaptis: prieiga prie vandens yra labai svarbi bet kuriai tvariai civilizacijai ir apskritai gyvybei šioje planetoje. Nors kai kuriose pasaulio vietose yra gausu vandens išteklių, tokių kaip ežerai ir upės, sausringesnio klimato zonose tenka tenkintis ribotu kritulių kiekiu.
Technologija, gauta iš vabalo, klestinčio vienoje atšiauriausių aplinkų Žemėje, gali padėti pradėti naujos kartos švaraus vandens gavybą.
Namibo dykumoje kilę vabalai (Stenocara vabalai) išgyvena sausoje ir atšiaurioje aplinkoje, dėl savo unikalaus apvalkalo dizaino rinkdami vandenį ant nugaros. Jie taip pat žinomi kaip „pagrindiniai vandens surinkėjai“. Jie nukreipia savo sparnus link vandenyno vėjo, o jų nugaros iškilimai nukreipia vandens lašelius į burną.
Inžinieriai sukūrė vandens butelį su panašiais vandenį surenkančiais ir vandenį atstumiančiais iškilimais. Šis projektas galėtų padėti išsaugoti vandenį ir padaryti vandenį lengviau prieinamą sausų regionų bendruomenėms.
Apsaugos ar bendruomenės planavimo profesijų specialistai gali dalyvauti keliuose vandens išsaugojimo projektuose, kuriuose naudojamas šis biomimikos inžinerijos metodas. Maždaug 22 pasaulio šalys naudoja tinklus vandeniui iš oro surinkti, todėl toks efektyvumo padidinimas gali turėti didelės įtakos.
5. Sugeria smūgius kaip genys
Dvyniai žinomi dėl savo išskirtinių kasimo pajėgumų. Sutvėrimai naudoja savo snapus, kad ieškotų vabzdžių, taip pat susikurtų sau kampelius, nepatirdami galvos traumų dėl greito ir stipraus pešimo.
Kadangi geniai išgręžė šias skyles, jie patiria 1200 gravitacinių traukų (Gs) lėtėjimą beveik 22 kartus per sekundę. Žvelgiant į tai perspektyvoje, sunki automobilio avarija keleiviui suteiktų 120 Gs.
Kalifornijos universitete Berklyje atlikti tyrimai, atlikti naudojant kompiuterinę tomografiją, atskleidė, kad geniai turi keturias struktūras, skirtas sugerti mechaninį smūgį. Paukščio pusiau elastingas snapas, „kempinės kaulo“ medžiagos plotas už kaukolės ir smegenų skystis veikia kartu, kad pailgintų laiką, per kurį įvyksta šis smegenų sukrėtimas, ir dėl to slopinama vibracija.
Remiantis šiomis struktūromis, aviacijos ir kosmoso inžinieriai dažnai naudoja šias struktūras, kad sukurtų meteoritams atsparius erdvėlaivius ir lėktuvų juodąsias dėžes, kurios gali sugerti daugiau jėgos prieš gedimą. Šis natūralus dizainas taip pat gali padėti orlaivių ir aeronautikos inžinieriams ateityje sukurti kokybiškesnes technologijas.
6. Galvakojų kamufliažas
Kalmarai, kaip ir visi galvakojai, gali švytėti (bioliuminescencija), taip pat keisti odos spalvą. Dėl šio kamufliažo gebėjimo jie slepiasi nuo plėšrūnų, o bioliuminescencija leidžia jiems bendrauti su draugu ir (arba) jį pritraukti. Šį sudėtingą elgesį sukuria specializuotų odos ląstelių ir raumenų tinklas.
Hiustono universiteto mokslininkai sukūrė panašų įrenginį, galintį aptikti aplinką ir per kelias sekundes ją suderinti. Šis ankstyvasis prototipas naudoja lanksčią, taškų tinklelį, kuriame naudojamos pavaros, šviesos jutikliai ir atšvaitai. Kai šviesos jutikliai nustato aplinkos pokyčius, signalas siunčiamas į atitinkamą diodą.
Tai sukuria šilumą srityje, o termochromatinė tinklelis keičia spalvą. Ši žmogaus sukurta „oda“ gali būti pritaikyta tiek kariniams, tiek komerciniams tikslams.
7. Termitų įkvėptos vėdinimo sistemos
Termitai dažnai sulaukia blogo repo dėl savo destruktyvių savybių. Tačiau termitai yra liūdnai pagarsėję sukūrę kai kurias sudėtingiausias ventiliacijos sistemas, skirtas vėsinti planetoje. Net kai kuriose karščiausiose vietose šių termitų piliakalnių viduje išlieka išskirtinai vėsu. Nors lauke temperatūra per dieną svyruoja nuo žemos iki aukštos, termitų urvo viduje išlieka patogi temperatūra.
Naudodami sudėtingą specialiai sukurtų oro kišenių tinklą, pylimai sukuria natūralią vėdinimo sistemą, pasitelkdami konvekciją. Tai pavyzdys, kaip statybos ir architektūros specialistai gali naudoti natūralius elementus ir tvarias medžiagas, kad padidintų statybos projekto saugumą ir kokybę karšto klimato sąlygomis.
Pavyzdžiui, „East Gate“ prekybos centras Hararėje, Zimbabvėje, kurio aukštis yra 333,000 90 kvadratinių pėdų, šildymui ir vėsinimui sunaudoja XNUMX procentų mažiau energijos nei tradiciniai pastatai, turi didelius kaminus, kurie naktį natūraliai įtraukia vėsų orą, kad sumažintų pastato temperatūrą. grindų plokštės, kaip ir termitų tankai.
8. Paukščiai įkvėpti Lėktuvai
Naudodami V formą paukščiai gali padidinti savo skrydžio atstumą daugiau nei 70 procentų. Mokslininkai išsiaiškino, kad kai pulkas įgauna pažįstamą V formos formą, kai vienas paukštis suplaka sparnais, jis sukuria nedidelę aukštyn srovę, kuri pakelia paukštį už nugaros.
Kai kiekvienas paukštis praeina, jie prideda savo energijos smūgiui ir padeda visiems paukščiams išlaikyti skrydį. Sukdami savo užsakymą per krūvą, jie paskirsto jėgą.
Stenfordo universiteto mokslininkų grupė mano, kad keleivių oro linijos galėtų sutaupyti degalų, taikydamos tą pačią taktiką. Profesoriaus Ilano Kroo vadovaujama komanda numato scenarijus, kai reaktyviniai lėktuvai iš Vakarų pakrantės oro uostų susitinka ir skraido rikiuotėje pakeliui į savo Rytų pakrantės paskirties vietas.
Kroo ir jo tyrinėtojai mano, kad skrisdami V formos lėktuvais pakaitomis priekyje kaip paukščiai, orlaiviai galėtų sunaudoti 15 procentų mažiau degalų, palyginti su skraidymu pavieniui.
9. Burr ir Velcro
Velcro yra plačiai žinomas biomimikos pavyzdys. Galbūt vaikystėje avėjote batus su lipniais dirželiais ir tikrai nekantraujate avėti tokius pat batus išėję į pensiją.
Velcro išrado šveicarų inžinierius George'as de Mestral 1941 m., kai jis pašalino savo šuns šermenis ir nusprendė atidžiau pažvelgti į jų veikimą.
Maži kabliukai, rasti spygliuočių adatų gale, įkvėpė jį sukurti dabar visur esantį Velcro. Pagalvokite apie tai: be šios medžiagos pasaulis nežinotų velcro šokinėjimo sporto, kai žmonės, apsirengę pilnais Velcro kostiumais, bando mesti savo kūną kuo aukščiau ant sienos.
10. Drugelio sparnai ir saulės energija
"Paprastoji rožė" drugelis šildo savo kūną, sugerdamas saulės šviesą savo sparnais. Tyrinėdami jo sparnus elektroniniu mikroskopu, mokslininkai aptiko jų kūnuose skylutes, kurios išsklaidė saulės šviesą ir palaikė juos šiltai.
Šiuo mechanizmu tyrėjai sukūrė ploną silicio plėvelę, panašią į drugelio sparno 3D modelį, ir pritaikė ją saulės energijos elementui, taip pagerindami jo bendrą dizainą. Šis naujas energijos elementas dažnai galėtų sugerti daugiau saulės šviesos esant silpnesniam apšvietimui. Naudodami šią technologiją saulės energijos pramonėje, inžinieriai gali padėti bendruomenėms ir vietos įmonėms padidinti tvarų energijos vartojimą.
Išvada
Turiu vilčių, kad mokslininkams vis labiau žvelgdami į gamtos pasaulį ir atsakydami į žmonių klausimus, jie vis labiau supras, kad labai klaidinga evoliucijos idėja yra neįmanoma. Dabar jūsų eilė sukurti naujovę, pagrįstą kažkuo, kas randama gamtoje! Būkite kūrybingi, kiek norite, ir gavę tėvų leidimą