Miljoniem gadu ilga evolūcija ir veidojusi pasauli ap mums un radījusi daudzas neticamas lietas. Biomīmika ir tad, kad mēs novērojam kādu iezīmi dabā un kopējam to vai tās daļas cilvēka tehnoloģijām un dizainam. Ir daudz lielisku biomīmikas piemēru darbībā.
Biomīmika attiecas uz daudzām cilvēka darbības jomām. Sākot no medicīnas līdz pētniecībai, rūpniecībai, ekonomikai, arhitektūrai, pilsētplānošanai, lauksaimniecībai un pārvaldībai. Šis saraksts nav izsmeļošs, jo biomīmika galvenokārt ir jautājums par to, kā mēs pieejam šīm kompetences jomām. Tāpēc tas var attiekties vairāk vai mazāk tieši uz visām nozarēm.
Biomimikrijas koncepcijas pamatā ir galvenā ideja: daba vienmēr darbojas pēc ekonomijas un efektivitātes principiem, vienlaikus neradot atkritumus. Atceraties Lavoira teicienu: "nekas netiek zaudēts, nekas netiek radīts, viss tiek pārveidots"? Tā ir šī ideja. Neatkarīgi no pielietojuma jomas, biomimētiskā filozofija ir daļa no globālas atbildīgas un ilgtspējīgas attīstības stratēģijas , kuras mērķis ir līdzsvarot planētas resursu izmantošanu.
Kas ir biomimikrija?
Biomīmikrija (kā norāda nosaukums, ir dzīvo būtņu imitācija) mērķis ir smelties iedvesmu no dabiskās atlases un dabas pieņemtajiem risinājumiem un pārvērst principus cilvēka inženierijā. Tā ir metode, kā radīt risinājumus cilvēku izaicinājumiem, atdarinot dabā atrastus dizainus un idejas. To izmanto visur: ēkās, transportlīdzekļos un pat materiālos.
Biomīmikrija kā pieeja ir skaists ceļojums uz to, ko mēs varam mācīties no dabas, un šajā procesā mēs stiprinām savas attiecības un saikni ar dabisko pasauli. Tas ir būtisks elements, lai radītu ilgtspējīgāku, veselīgāku un taisnīgāku pasauli visiem cilvēkiem un visām sugām. Tāpēc mēs domājām, ka būtu jautri apkopot dažus ievērības cienīgākos piemērus.
10 Lieliski biomīmikas piemēri bērniem un zinātniekiem
Biomimikrija, kā minēts, iedvesmu meklē dabā un dabiskās sistēmās, izmantojot dabas iedvesmotas stratēģijas dizaina uzlabošanai. Pielāgošanās un evolūcijas rezultātā varonis pavada miljoniem gadu, cenšoties izkļūt no problēmām, līdz ar dažiem prātam neaptveramiem jauninājumiem. Neefektivitāte nav viena, un cilvēku inženieri un dizaineri bieži meklē risinājumus mūsdienu problēmām.
Šeit ir daži lieliski biomīmikas piemēri zinātnē, inženierzinātnēs un inovācijās, ko ietekmējis dabas iedvesmots dizains bērniem un zinātniekiem.
- Haizivju ādas atdarināšana peldkostīmam
- Ložu vilcieni, kurus iedvesmojuši Kingfisher putni (tāpat kā Disnejā)
- Vēja turbīnas, kas veidotas pēc kuprvaļiem
- Vaboles un pašpildošās ūdens pudeles
- Uzsūcošs šoks kā dzenis
- Galvkāju maskēšanās
- Termītu iedvesmotas ventilācijas sistēmas
- Putnu iedvesmotas lidmašīnas
- Burr un Velcro
- Tauriņa spārni un Saules enerģija
1. Peldkostīms ar haizivīdas atdarināšanu
Haizivis ir viens no lielākajiem jūras plēsējiem. Lai gan haizivis ir labi pazīstamas ar savu akūto ožu un ātri atjaunojošiem zobiem, jaunie pētījumi var norādīt uz sugas ādu kā tās evolucionārāko nišas vērtību.
Haizivju āda ir pārklāta ar neskaitāmām zvīņām, kas pārklājas, kas pazīstamas kā "ādas zobi". Kustībā šie dermālie zobi veido zema spiediena zonu. Šis priekšējās malas virpulis būtībā “velk” haizivi uz priekšu un arī palīdz samazināt pretestību. Lieki piebilst, ka šādam dizainam ir daudz pielietojumu.
Zinātnieki ir replicējuši dermas zobu šūnas peldkostīmos (kas tagad ir aizliegti lielajās sacensībās) un laivu apakšā. Haizivju ādas iedvesmoti peldkostīmi guva lielu mediju uzmanību 2008. gada vasaras olimpisko spēļu laikā, kad uzmanības centrā bija Maikls Felpss.
Speedo bēdīgi slaveni iekļāva biomimētisku haizivju ādu peldkostīmu sērijā 2008. gada olimpiskajām spēlēm. Saskaņā ar Smithsonian datiem, 98 procentus no 2008. gada olimpisko spēļu medaļām izcīnīja peldētāji, kuri valkāja haizivīdas peldkostīmus. Kopš tā laika tehnoloģijas ir aizliegtas olimpiskajās sacensībās.
Līdzīgi, lai gan ir zināms, ka daudzas ūdens sugas uz sava ķermeņa mitinās ar citām jūras sugām (piemēram, gliemenēm), haizivis, tā teikt, paliek relatīvi "tīras". Šie mikroskopiskie ādas zobiņi arī palīdz haizivīm atvairīt mikroorganismus, piemēram, aļģes un gliemenes. Kopš tā laika Amerikas Savienoto Valstu Jūras spēki ir izstrādājuši materiālu, kas pazīstams kā Sharklet, kura pamatā ir šis ādas raksts, lai palīdzētu kavēt jūras augšanu uz kuģiem.
2. Bullet Trains, iedvesmojoties no Kingfisher putniem (tāpat kā Disnejā)
Zivju karalistes putniem ir specializēti knābji, kas ļauj tiem ienirt ūdenī, lai medītu, vienlaikus veicot minimālu šļakatu. Izmantojot šo jauno degunu, nākamās paaudzes 500. sērijas vilcieni bija par 10 procentiem ātrāki, patērēja par 15 procentiem mazāk elektrības un, pats galvenais, tiem vairs nebija “uzplaukuma”.
Kad japāņu inženieri uzņēmās biedējošo uzdevumu uzlabot savus ātrgaitas ložu vilcienus, to dizains skāra vienu neveiksmīgu aizķeršanos. Problēma nebija panākt, lai šie vilcieni sasniegtu vēlamo ātrumu, bet gan milzīgais trokšņa daudzums, ko radīja gaisa pārvietošanās vilcienu priekšā. Kad vilcieni iebrauca tuneļos, transportlīdzekļi bieži radīja skaļu triecienvilni, ko sauc par "tuneļa uzplaukumu".
Trieciena viļņu spēks pat radīja strukturālus bojājumus vairākiem tuneļiem. Lai samazinātu šo uzplaukumu, japāņu inženieri atdarināja Kingfisher putnu knābi, kas, nonākot ūdeņos, rada minimālu izšļakstīšanos. Izveidojot šo jauno deguna formu, vilcieni bija par 10 procentiem ātrāki, patērēja par 15 procentiem mazāk elektrības un, pats galvenais, vairs nebija “uzplaukuma”.
Šāda veida inovatīvu procesu sauc par mākslīgo fotosintēzi, kurā bioniskā lapa rada ūdeņraža degvielu no saules gaismas. Tas cer, ka tas būs potenciāls globāls sasniegums enerģētikas jomā, sadalot ūdeni, izmantojot elektrību no saules.
Šāda veida atjaunojamās degvielas izmantošana nerada emisijas.
3. Vēja turbīnas, kas veidotas pēc kuprvaļu parauga
Piemēram, kuprītais valis piedziņai izmanto bedrainas, bumbuļveida spuras, kas šķiet diezgan pretrunīgi. Šie vaļi ietekmēja jaunus vēja turbīnu modeļus.
Vaļi, kas pazīstami kā pasaules lielākās zivis, jau ilgu laiku ir peldējuši pa okeānu, un evolūcija tos ir padarījusi par īpaši efektīvu dzīvības veidu. Viņi var ienirt simtiem pēdu zem virsmas un palikt tur stundām. Tie saglabā savu masīvo izmēru, barojoties ar dzīvniekiem, kas ir mazāki nekā acs var redzēt, un to kustību nodrošina ar ārkārtīgi efektīvām spurām un asti. Tās ir iespējamas, pateicoties tās kuprītam.
Kuprvaļa priekšējo spuru izciļņi, ko sauc par bumbuļiem, ietekmē to, kā ūdens plūst pāri spurām. Tas rada aerodinamisko plūsmu ūdenī. Bumbuļi ļauj viņiem peldēt lielā ātrumā, neskatoties uz to lielo izmēru.
Daudzas mūsu modernās aerodinamiskās konstrukcijas balstās uz diezgan pamatprincipiem. Lai iegūtu optimālu pacēlumu un minimālu pretestību, svarīgas ir gludas malas un tīras līnijas. Tomēr visā dzīvnieku valstībā daudzas sugas spēj izcili pacelties.
Djūka universitātes, Rietumčesteras universitātes un ASV Jūras akadēmijas zinātnieki atklāja, ka vaļa spuras priekšējās malas izciļņi ievērojami palielina tā efektivitāti, samazinot pretestību par 32 procentiem un palielinot pacēlumu par 8 procentiem. Šīs pielāgotās lāpstiņas arī palīdz ģenerēt tādu pašu jaudu ar ātrumu 10 jūdzes stundā, kādu parastās turbīnas ģenerē ar ātrumu 17 jūdzes stundā.
Uzņēmumi šo ideju izmanto vēja turbīnu lāpstiņām, dzesēšanas ventilatoriem, lidmašīnu spārniem un propelleriem.
4. Vaboles un pašizpildošās ūdens pudeles
Šajā brīdī nav noslēpums: piekļuve ūdenim ir izšķiroša jebkurai ilgtspējīgai civilizācijai un dzīvībai uz šīs planētas kopumā. Lai gan dažās vietās uz zemeslodes ir bagātīgi ūdens resursi, piemēram, ezeri un upes, sausākā klimatā ir jāsamierinās ar ierobežotu nokrišņu daudzumu.
Tehnoloģija, kas iegūta no vaboles, kas zeļ vienā no skarbākajām vidēm uz Zemes, varētu ļoti palīdzēt uzsākt nākamās paaudzes tīra ūdens ieguvi.
Namības tuksnesī dzīvojošās vaboles (Stenocara vaboles) izdzīvo sausu un skarbu vidi, savācot ūdeni uz savām mugurām to unikālā apvalka dizaina dēļ. Tos sauc arī par "galvenajiem ūdens savācējiem". Viņi vērš savus spārnus pret okeāna brīzes pusi, un viņu muguras izciļņi izvada ūdens pilienus pret viņu muti.
Inženieri izveidoja ūdens pudeli ar līdzīgiem ūdeni savācošiem un ūdeni atgrūdošiem izciļņiem. Šis projekts varētu palīdzēt ūdens saglabāšanas pasākumos un padarīt ūdeni vieglāk pieejamu kopienām sausos reģionos.
Saglabāšanas vai kopienas plānošanas profesiju profesionāļi var piedalīties vairākos ūdens saglabāšanas projektos, kas ietver šo biomīmikas inženierijas metodi. Apmēram 22 valstis visā pasaulē izmanto tīklus, lai savāktu ūdeni no gaisa, tāpēc šādam efektivitātes paaugstinājumam varētu būt liela ietekme.
5. Absorbē triecienu kā dzenis
Dzenis ir pazīstams ar savu izcilo rakšanas spēju. Radības izmanto savu knābi, lai meklētu kukaiņus un arī izveidotu sev kaktiņus, negūstot galvas traumas no ātras un spēcīgas knābšanas.
Tā kā dzeņi izurbuši šos caurumus, tie piedzīvo 1200 gravitācijas vilkšanas (Gs) palēninājumu gandrīz 22 reizes sekundē. Lai to aplūkotu perspektīvā, smaga autoavārija pasažierim radītu 120 Gs ekvivalentu.
Pētījumi, kas veikti, izmantojot CT skenēšanu Kalifornijas universitātē Bērklijā, atklāja, ka dzeņiem ir četras struktūras, kas paredzētas mehāniskā trieciena absorbēšanai. Putna daļēji elastīgais knābis, “sūkļaina kaula” materiāla apgabals aiz galvaskausa un cerebrospinālais šķidrums darbojas unisonā, lai pagarinātu laiku, kurā notiek šis satricinājums, un tādējādi kavē vibrāciju.
Pamatojoties uz šīm struktūrām, aviācijas un kosmosa inženieri bieži izmanto šīs struktūras, lai izstrādātu pret meteorītiem izturīgus kosmosa kuģus un lidmašīnu melnās kastes, kas var absorbēt vairāk spēka pirms nepareizas darbības. Šis dabiskais dizains var arī palīdzēt lidmašīnu un aeronautikas inženieriem nākotnē izstrādāt kvalitatīvākas tehnoloģijas.
6. Galvkāju maskēšanās
Kalmāri, tāpat kā visi galvkāji, spēj mirdzēt (bioluminiscence), kā arī mainīt ādas krāsu. Šī maskēšanās spēja liek tiem slēpties no plēsējiem, savukārt bioluminiscence ļauj sazināties ar un/vai piesaistīt sev palīgu. Šo sarežģīto uzvedību rada specializētu ādas šūnu un muskuļu tīkls.
Pētnieki no Hjūstonas universitātes izveidoja līdzīgu ierīci, kas spēj noteikt tās apkārtni un to saskaņot dažu sekunžu laikā. Šis agrīnais prototips izmanto elastīgu, piksētu režģi, izmantojot izpildmehānismus, gaismas sensorus un atstarotājus. Tā kā gaismas sensori nosaka izmaiņas apkārtnē, signāls tiek nosūtīts uz attiecīgo diode.
Tas rada siltumu apgabalā, un termohromatiskais režģis maina krāsu. Šai mākslīgajai “ādai” varētu būt gan militārs, gan komerciāls pielietojums.
7. Termītu iedvesmotas ventilācijas sistēmas
Termīti bieži saņem sliktu repu to destruktīvo īpašību dēļ. Tomēr termīti ir bēdīgi slaveni ar to, ka rada dažas no vismodernākajām ventilācijas sistēmām dzesēšanai uz planētas. Pat dažās karstākajās vietās šajos termītu pilskalnos iekšpusē saglabājas ārkārtīgi vēss. Kamēr temperatūra ārā mežonīgi svārstās visas dienas garumā no zemas līdz augstai temperatūrai, termītu bedres iekšienē saglabājas patīkama temperatūra.
Izmantojot sarežģītu, apzināti veidotu gaisa kabatu tīklu, uzkalniņi rada dabisku ventilācijas sistēmu, izmantojot konvekciju. Šis ir piemērs tam, kā būvniecības un arhitektūras speciālisti var izmantot dabiskus elementus un ilgtspējīgus materiālus, lai uzlabotu būvniecības projekta drošību un kvalitāti karstā klimatā.
Piemēram, East Gate iepirkšanās centrs Hararē, Zimbabvē, kura augstums ir 333,000 90 kvadrātpēdas, apkurei un dzesēšanai patērē par XNUMX procentiem mazāk enerģijas nekā tradicionālās ēkas, un tam ir lieli skursteņi, kas dabiski ievelk vēsu gaisu naktīs, lai pazeminātu ēkas temperatūru. grīdas plātnes, tāpat kā termītu midzeņi.
8. Putnu iedvesmots Sprauslas
Putni var palielināt lidojuma attālumu par vairāk nekā 70 procentiem, izmantojot V formu. Zinātnieki ir atklājuši, ka, kad ganāmpulks iegūst pazīstamo V formu, kad viens putns plivina spārnus, tas rada nelielu augšupvirzienu, kas paceļ putnu aiz muguras.
Kad katrs putns iet garām, tie pievieno savu enerģiju sitienam, palīdzot visiem putniem saglabāt lidojumu. Rotējot savu pasūtījumu caur kaudzi, viņi izkliedē piepūli.
Stenfordas universitātes pētnieku grupa uzskata, ka pasažieru aviosabiedrības varētu ietaupīt degvielu, izmantojot tādu pašu taktiku. Profesora Ilana Krū vadītā komanda paredz scenārijus, kuros reaktīvās lidmašīnas no Rietumkrasta lidostām satiekas un lido formācijā ceļā uz Austrumkrasta galamērķiem.
Ceļojot V formā ar lidmašīnām pārmaiņus priekšā, kā to dara putni, Krū un viņa pētnieki domā, ka lidmašīnas varētu patērēt par 15% mazāk degvielas, salīdzinot ar lidojumiem atsevišķi.
9. Burr un Velcro
Velcro ir plaši pazīstams biomīmikas piemērs. Iespējams, ka bērnībā esat valkājis apavus ar velcro siksnām, un jūs noteikti gaidāt, kad varēsiet valkāt tādus pašus apavus pensijā.
Velcro izgudroja Šveices inženieris Džordžs de Mestrals 1941. gadā pēc tam, kad viņš noņēma no suņa urbumus un nolēma tuvāk apskatīt to darbību.
Mazie āķi, kas atradās urbju adatu galā, iedvesmoja viņu izveidot tagad visuresošo Velcro. Padomājiet par to: bez šī materiāla pasaule nepazītu Velcro lēcienu sporta veidu, kurā cilvēki, ģērbušies pilnos Velcro uzvalkos, cenšas uzmest savu ķermeni pēc iespējas augstāk uz sienas.
10. Tauriņu spārni un saules enerģija
"Parastās rozes" tauriņš silda savu ķermeni, absorbējot saules gaismu ar spārniem. Pētot tā spārnus elektronu mikroskopā, pētnieki atklāja savos ķermeņos caurumus, kas izkliedēja saules gaismu un uzturēja tos siltus.
Ar šo mehānismu pētnieki izveidoja plānu silīcija plēvi, kas atgādināja tauriņa spārna 3D modeli, un uzklāja to uz saules enerģijas šūnas, kopumā uzlabojot tās dizainu. Šī jaunā enerģijas šūna bieži vien varēja absorbēt vairāk saules gaismas vājāka apgaismojuma apstākļos. Izmantojot šo tehnoloģiju saules enerģijas nozarē, inženieri var palīdzēt kopienām un vietējiem uzņēmumiem palielināt ilgtspējīgu enerģijas patēriņu.
Secinājumi
Man ir cerības, ka, kad zinātnieki vairāk ielūkojas dabiskajā pasaulē, lai atbildētu uz cilvēku jautājumiem, viņi arvien vairāk sāk saprast, ka smagi kļūdainā ideja par evolūciju nav iespējama. Tagad ir jūsu kārta radīt inovāciju, kuras pamatā ir kaut kas dabā atrodams! Esiet tik radošs, cik vēlaties, un ar vecāku atļauju