Милиони години еволюция са оформили света около нас и са създали много невероятни неща. Биомимикрия е, когато наблюдаваме черта в природата и я копираме или части от нея за човешка технология и дизайн. Има множество отлични примери за биомимикрия в действие.
Биомимикрията засяга много сектори на човешката дейност. Вариращи от медицина до научни изследвания, индустрия, икономика, архитектура, градско планиране, селско стопанство и управление. Този списък не е изчерпателен, защото биомимикрията е преди всичко въпрос на това как подхождаме към тези области на експертиза. Следователно може да се прилага повече или по-малко пряко за всички сектори.
Концепцията за биомимикрия се основава на ключова идея: природата винаги работи на принципите на икономия и ефективност, като същевременно не генерира отпадъци. Спомняте ли си, че Lavoir каза „нищо не се губи, нищо не се създава, всичко се трансформира“? Това е идеята. Независимо от областта на приложение, биомиметичната философия е част от глобална стратегия за отговорно и устойчиво развитие който има за цел да балансира начина, по който се използват ресурсите на планетата.
Съдържание
Какво е биомимикрия?
Биомимикрията (както подсказва името, е имитация на живи същества) има за цел да се вдъхнови от естествения подбор и решенията, приети от природата, и да преведе принципите в човешкото инженерство. Това е метод за създаване на решения на човешките предизвикателства чрез емулиране на дизайни и идеи, открити в природата. Използва се навсякъде: в сгради, превозни средства и дори материали.
Биомимикрията като подход е красиво пътешествие към това, което можем да научим от природата, и в този процес укрепваме нашата връзка и връзка с естествения свят. Това е жизненоважен елемент за създаването на по-устойчив, по-здравословен и справедлив свят за всички хора и всички видове. Затова решихме, че ще бъде забавно да обобщим няколко от най-забележителните примери.
10 Страхотни примери за биомимикрия за деца и учени
Биомимикрията, както беше посочено, търси природата и природните системи за вдъхновение, използвайки вдъхновени от природата стратегии за подобряване на дизайна. Чрез адаптация и еволюция, героят прекарва милиони години в търсене на изход от проблемите, завършвайки с някои умопомрачителни иновации. Неефективността не трае сама и човешките инженери и дизайнери често търсят там решения на съвременните проблеми.
Ето няколко страхотни примера за биомимикрия в науката, инженерството и иновациите, които са повлияни от вдъхновен от природата дизайн за деца и учени.
- Имитация на кожа на акула за бански костюм
- Влакове с куршуми, вдъхновени от птиците Kingfisher (като този в Disney)
- Вятърни турбини по модел на гърбати китове
- Бръмбари и самопълнещи се бутилки за вода
- Поглъщащ шок като кълвач
- Камуфлаж на главоноги
- Вентилационни системи, вдъхновени от термитите
- Джетове, вдъхновени от птиците
- Бур и велкро
- Криле на пеперуда и слънчева енергия
1. Бански, имитиращ кожа на акула
Акулите са едни от най-големите хищници в моретата. Въпреки че акулите са добре известни с острото си обоняние и бързо регенериращите си зъби, нови изследвания може да сочат кожата на вида като най-еволюционния му актив.
Кожата на акула е покрита с безброй припокриващи се люспи, известни като „дермални зъбци“. Когато са в движение, тези дермални зъбци създават зона с ниско налягане. Този вихър на предния ръб по същество „дърпа“ акулата напред и също така помага за намаляване на съпротивлението. Излишно е да казвам, че има много приложения за такъв дизайн.
Учените са повторили дермални зъбци в бански костюми (които сега са забранени на големи състезания) и дъното на лодки. Бански костюми, вдъхновени от кожата на акула, получиха много медийно внимание по време на Летните олимпийски игри през 2008 г., когато светлината на прожекторите блестеше върху Майкъл Фелпс.
Известно е, че Speedo включи биомиметична кожа на акула в линия бански костюми за Олимпийските игри през 2008 г. Според Смитсониън 98 процента от медалите на Олимпийските игри през 2008 г. са спечелени от плувци, облечени в бански костюми от кожа на акула. Оттогава технологията е забранена от олимпийските състезания.
По същия начин, докато мн водната известни видове са домакини на други морски видове по телата си (като ракообразни), акулите остават относително „чисти“, така да се каже. Тези микроскопични дермални зъбци също помагат на акулите да отблъскват микроорганизми като водорасли и морски раковини. Оттогава Военноморските сили на Съединените щати са разработили материал, известен като Sharklet, базиран на този модел на кожата, за да помогне за инхибиране на морския растеж на корабите.
2. Влакове-стрелести, вдъхновени от птици рибари (като този в Disney)
Птиците тип рибар имат специални клюнове, които им позволяват да се гмуркат във водата, за да ловуват, като същевременно правят минимално пръскане. Използвайки този нов нос, следващото поколение влакове от серия 500 бяха с 10 процента по-бързи, консумираха с 15 процента по-малко електроенергия и, най-важното, нямаха повече "бум".
Когато японските инженери се заели с трудната задача да модернизират своите високоскоростни влакове-стрели, техният дизайн срещнал една неприятна пречка. Проблемът не беше тези влакове да достигнат желаните скорости, а по-скоро огромното количество шум, създадено от изместването на въздуха пред влаковете. Когато влаковете навлизаха в тунели, превозните средства често правеха силна ударна вълна, известна като „тунелен бум“.
Силата на ударните вълни дори причини структурни щети на няколко тунела. За да сведат до минимум този бум, японските инженери имитираха клюна на птицата Kingfisher, който причинява минимални пръски, когато навлезе във водите. Създавайки тази нова форма на носа, влаковете бяха с 10 процента по-бързи, консумираха с 15 процента по-малко електроенергия и, най-важното, нямаше повече „бум”.
Този тип иновативен процес се нарича изкуствена фотосинтеза, при който бионичен лист създава водородно гориво от слънчевата светлина. Това има надежди да бъде потенциален глобален енергиен пробив чрез разделяне на водата с помощта на електричество от слънцето.
Няма емисии от този тип възобновяеми източници гориво
3. Вятърни турбини, моделирани след гърбати китове
Гърбавият кит, например, използва неравни, туберкулозни перки за задвижване, което изглежда доста неинтуитивно. Тези китове повлияха на нови модели вятърни турбини.
Китовете, известни като най-големите риби в света, плуват из океана от дълго време и еволюцията ги е превърнала в супер ефективна форма на живот. Те могат да се гмурнат стотици фута под повърхността и да останат там с часове. Те поддържат огромния си размер, като се хранят с животни, по-малки, отколкото окото може да види, и задвижват движението си с изключително ефективни перки и опашка. Това става възможно благодарение на наличието на гърба му.
Хребетите на предните перки на гърбат кит, наречени туберкули, влияят на това как водата тече върху перките. Създава аеродинамичен поток във водата. Туберкулите им позволяват да плуват с висока скорост, въпреки големия си размер.
Много от нашите съвременни аеродинамични проекти разчитат на доста основни принципи. За да получите оптимално повдигане и минимално съпротивление, елегантните ръбове и чистите линии са ключови. Въпреки това, в цялото животинско царство, много видове са способни на изключително повдигане.
Учени от университета Дюк, университета Уест Честър и Военноморската академия на САЩ откриха, че неравностите в предния ръб на перката на кит значително увеличават ефективността й, намалявайки съпротивлението с 32 процента и увеличавайки повдигането с 8 процента. Тези регулирани лопатки също помагат да се генерира същото количество мощност при 10 мили в час, както конвенционалните турбини генерират при 17 мили в час.
Компаниите прилагат идеята към лопатки на вятърни турбини, охлаждащи вентилатори, крила на самолети и витла.
4. Бръмбари и самопълнещи се бутилки за вода
В този момент не е тайна: достъпът до вода е ключов за всеки устойчиво цивилизацията и живота на тази планета като цяло. Докато някои места по земното кълбо разполагат с богати водни ресурси като езера и реки, по-сухият климат трябва да се задоволи с ограничени валежи.
Технологията, получена от бръмбар, който процъфтява в една от най-суровите среди на Земята, може много добре да помогне да започне следващото поколение чисти събиране на вода.
Бръмбарите (бръмбарите Stenocara), произхождащи от пустинята Намиб, оцеляват в сухата и сурова среда, като събират вода на гърба си в резултат на уникалния си дизайн на черупката. Те са известни също като „главни колектори на вода“. Те насочват крилете си към океанския бриз, а неравностите на гърбовете им насочват капчици вода към устата им.
Инженерите създадоха бутилка за вода с подобни водосъбиращи и водоотблъскващи издатини. Този проект може да помогне с усилията за опазване на водата и да направи водата по-лесно достъпна за общностите в сухите региони.
Професионалистите в областта на опазването или планирането на общността могат да участват в множество проекти за опазване на водата, които включват този инженерен метод на биомимикрия. Около 22 държави по света използват мрежи за събиране на вода от въздуха, така че подобно повишаване на ефективността може да има голямо въздействие.
5. Поглъщащ удар като кълвач
Кълвачите са известни с изключителния си капацитет за копаене. Съществата използват клюна си, за да търсят храна за насекоми и също така да създават кътчета за себе си, без да получават наранявания на главата от бързото и силно кълване.
Докато кълвачите пробиват тези дупки, те изпитват забавяне от 1200 гравитационни привличания (Gs) почти 22 пъти в секунда. За да го поставим в перспектива, тежка автомобилна катастрофа би доставила еквивалента на 120 Gs на пътник.
Изследване, проведено с компютърна томография в Калифорнийския университет, Бъркли, откри, че кълвачите имат четири структури, предназначени да абсорбират механични удари. Полу-еластичният клюн на птицата, област от „гъбест костен” материал зад черепа и гръбначно-мозъчната течност работят в унисон, за да удължат времето, през което се случва това сътресение и следователно да възпрепятстват вибрациите.
Въз основа на тези структури аерокосмическите инженери често използват тези структури, за да проектират устойчиви на метеорити космически кораби и черни кутии на самолети, които могат да поемат повече сила, преди да се повредят. Този естествен дизайн може също да помогне на самолетните и авиационни инженери да разработят повече качествени технологии в бъдеще.
6. Камуфлаж за главоноги
Калмарите, както всички главоноги, са способни да светят (биолуминесценция), както и да променят цвета на кожата си. Този камуфлажен капацитет ги кара да се крият от хищници, докато биолуминесценцията им позволява да общуват с и/или да привличат партньор. Това сложно поведение се създава от мрежа от специализирани кожни клетки и мускули.
Изследователи от университета в Хюстън създадоха подобно устройство, способно да открива заобикалящата го среда и да я съпоставя само за секунди. Този ранен прототип използва гъвкава, пикселизирана решетка, използваща задвижващи механизми, сензори за светлина и рефлектори. Когато светлинните сензори засекат промяна в обкръжението, се изпраща сигнал към съответния диод.
Това създава топлина в зоната и след това термо-хроматичната решетка променя цвета си. Тази създадена от човека „кожа“ може да има както военни, така и търговски приложения в бъдеще.
7. Вентилационни системи, вдъхновени от термитите
Термитите често получават лоша репутация поради разрушителните си свойства. Термитите обаче са скандално известни със създаването на някои от най-сложните вентилационни системи за охлаждане на планетата. Дори в някои от най-горещите места тези термитници остават изключително хладни вътре. Докато температурата навън се колебае бурно през целия ден от ниска до висока температура, вътрешността на леговището на термитите поддържа стабилна комфортна температура.
Използвайки сложна мрежа от целенасочени въздушни джобове, могилите създават естествена вентилационна система, използваща конвекция. Това е пример за това как професионалистите в строителството и архитектурата могат да използват природни елементи и устойчиви материали за повишаване на безопасността и качеството на строителен проект в горещ климат.
Например търговският център East Gate в Хараре, Зимбабве, който е висок 333,000 90 квадратни фута, използва XNUMX процента по-малко енергия за отопление и охлаждане от традиционните сгради, има големи комини, които естествено засмукват студен въздух през нощта, за да понижат температурата на подови плочи, точно като термитници.
8. Вдъхновени от птици Jets
Птиците могат да увеличат разстоянието на полета си с повече от 70 процента с помощта на V-образната форма. Учените са открили, че когато едно ято възприеме познатата V-образна форма, когато една птица размахва криле, то създава малко възходящо течение, което повдига птицата отзад.
Докато всяка птица преминава, те добавят енергията си към замаха, помагайки на всички птици да поддържат полет. Като въртят реда си през стека, те разпределят усилието.
Група изследователи от Станфордския университет смятат, че пътническите авиокомпании биха могли да спестят гориво, като предприемат същата тактика. Екипът, ръководен от професор Илан Кроо, предвижда сценарии, при които самолети от летищата на Западния бряг се срещат и летят във формация по пътя към своите дестинации на Източния бряг.
Пътувайки във V-образна форма със самолети, които се редуват отпред, както правят птиците, Кру и неговите изследователи смятат, че самолетите биха могли да използват 15 процента по-малко гориво в сравнение със самостоятелното летене.
9. Бур и велкро
Велкрото е широко известен пример за биомимикрия. Може да сте носили обувки с велкро ленти като младеж и със сигурност можете да очаквате с нетърпение да носите същия вид обувки, когато се пенсионирате.
Велкрото е изобретено от швейцарския инженер Джордж де Местрал през 1941 г., след като той отстранява неравностите от кучето си и решава да разгледа по-отблизо как работят.
Малките кукички, открити в края на иглите, го вдъхновяват да създаде вече повсеместното велкро. Помислете за това: без този материал светът нямаше да познава скачането с велкро - спорт, при който хора, облечени в пълни костюми от велкро, се опитват да хвърлят телата си възможно най-високо върху стената.
10. Крила на пеперуда и слънчева енергия
Пеперудата „обикновена роза“ загрява тялото си, като поглъща слънчевата светлина с крилата си. Изследвайки крилете му под електронен микроскоп, изследователите откриха дупки в телата им, които разпръскваха слънчевата светлина и ги поддържаха топли.
С този механизъм изследователите създадоха тънък силиконов филм, който наподобяваше 3D модел на крилото на пеперудата и го приложиха към слънчева енергийна клетка, подобрявайки цялостния му дизайн. Тази нова енергийна клетка често може да абсорбира повече слънчева светлина при условия на по-слаба светлина. Използвайки тази технология в позицията на соларната индустрия, инженерите могат да помогнат на общностите и местните предприятия да увеличат своите устойчивата енергия използване.
Заключение
Имам надежди, че докато учените се вглеждат повече в естествения свят, за да отговорят на човешките въпроси, те започват да виждат все повече и повече, че крайно погрешната идея за еволюцията е невъзможна. Сега е ваш ред да създадете иновация, базирана на нещо открито в природата! Бъдете толкова креативни, колкото искате и с разрешението на родителите си
Препоръки
- 10-те най-добри екологични производители на бански костюми
. - 8 достъпни екологични подаръка за него
. - Как домовете могат да бъдат екологични въпреки модерната естетика
. - 5 начина да имате екологичен бизнес
. - Топ 10 на ефекта от топенето на ледниците върху околната среда
Ahamefula Ascension е консултант по недвижими имоти, анализатор на данни и писател на съдържание. Той е основател на фондация Hope Ablaze и е завършил управление на околната среда в един от престижните колежи в страната. Той е обсебен от четене, изследване и писане.