Miljonid aastad kestnud evolutsioon on kujundanud meid ümbritsevat maailma ja loonud palju uskumatuid asju. Biomimikri on see, kui me jälgime looduses mingit tunnust ja kopeerime seda või selle osi inimtehnoloogia ja disaini jaoks. Biomimikri toimimise kohta on palju suurepäraseid näiteid.
Biomimikri puudutab paljusid inimtegevuse sektoreid. Alates meditsiinist kuni teadusuuringute, tööstuse, majanduse, arhitektuuri, linnaplaneerimise, põllumajanduse ja juhtimiseni. See loetelu ei ole ammendav, sest biomimikri on eelkõige küsimus selles, kuidas me nendele ekspertiisivaldkondadele läheneme. Seetõttu võib see kehtida enam-vähem otseselt kõikidele sektoritele.
Biomimikri kontseptsioon põhineb võtmeideel: loodus toimib alati säästlikkuse ja tõhususe põhimõtetel, ilma jäätmeid tekitamata. Kas mäletate Lavoiri ütlust: "Midagi pole kadunud, midagi pole loodud, kõik muutub"? See on idee. Olenemata kasutusvaldkonnast, on biomimeetiline filosoofia osa ülemaailmsest vastutustundliku ja vastutustundliku strateegiast jätkusuutlik arendus mille eesmärk on tasakaalustada planeedi ressursside kasutamist.
Sisukord
Mis on biomimikri?
Biomimikri (nagu nimigi viitab, on elusolendite jäljendamine) eesmärk on ammutada inspiratsiooni looduslikust valikust ja looduse poolt omaks võetud lahendustest ning viia põhimõtted üle inimtehnoloogiasse. See on meetod inimeste väljakutsetele lahenduste loomiseks, jäljendades looduses leiduvaid kujundusi ja ideid. Seda kasutatakse kõikjal: hoonetes, sõidukites ja isegi materjalides.
Biomimikri kui lähenemisviis on ilus teekond sellesse, mida saame loodusest õppida, ning selle käigus tugevdame oma suhet ja sidet loodusmaailmaga. See on oluline element säästvama, tervislikuma ja õiglasema maailma loomisel kõigi inimeste ja kõigi liikide jaoks. Seetõttu arvasime, et oleks lõbus tuua kokku mõned tähelepanuväärsemad näited.
10 Suurepärased biomimikri näited lastele ja teadlastele
Nagu öeldud, otsib biomimikri inspiratsiooni loodusest ja looduslikest süsteemidest, kasutades disaini täiustamiseks loodusest inspireeritud strateegiaid. Kohanemise ja evolutsiooni käigus veedab tegelane miljoneid aastaid probleemidest väljapääsu otsides, lõpetades mõningate hämmastavate uuendustega. Ebaefektiivsus ei kesta üksi ning iniminsenerid ja disainerid otsivad sealt sageli lahendusi kaasaegsetele probleemidele.
Siin on mõned ülilahedad näited biomimikri kohta teaduses, inseneriteaduses ja innovatsioonis, mida mõjutas loodusest inspireeritud disain lastele ja teadlastele.
- Hainaha matkimine ujumistrikoo jaoks
- Kingfisheri lindudest inspireeritud kuulrongid (nagu Disney's)
- Küürvaalade järgi tehtud tuuleturbiinid
- Mardikad ja isetäituvad veepudelid
- Imendav šokk nagu rähn
- Peajalgsete kamuflaaž
- Termiitidest inspireeritud ventilatsioonisüsteemid
- Lindudest inspireeritud reaktiivlennukid
- Burr ja Velcro
- Liblika tiivad ja päikeseenergia
1. Hainahka matkiv ujumistrikoo
Haid on merede ühed suurimad kiskjad. Kuigi haid on hästi tuntud oma terava lõhnataju ja kiiresti taastuvate hammaste poolest, võivad uued uuringud osutada liigi nahale kui selle kõige evolutsioonilisemale nišivarale.
Hainahk on kaetud lugematute kattuvate soomustega, mida nimetatakse "nahahambateks". Liikumisel loovad need nahahambad madalrõhuala. See esiserva keeris "tõmbab" hai edasi ja aitab ühtlasi vähendada takistust. Ütlematagi selge, et sellise disaini jaoks on palju rakendusi.
Teadlased on kordanud nahahambad ujumistrikoodes (mis on nüüdseks suurvõistlustel keelatud) ja paatide põhjas. Hainahast inspireeritud ujumistrikood pälvisid 2008. aasta suveolümpiamängude ajal meedias palju tähelepanu, kui tähelepanu keskpunktis oli Michael Phelps.
Speedo lisas kurikuulsalt biomimeetilise hainaha 2008. aasta olümpiamängude ujumistrikoode sarja. Smithsoniani andmetel võitsid 98 protsenti 2008. aasta olümpiamängude medalitest hai nahast ujumisriideid kandnud ujujad. Sellest ajast peale on tehnoloogia olümpiavõistlustel keelatud.
Samamoodi, kuigi paljud vee- on teada, et liigid majutavad oma kehal teisi mereliike (näiteks kõrvitsad), jäävad haid nii-öelda suhteliselt "puhtaks". Need mikroskoopilised nahahambad aitavad haidel tõrjuda ka selliseid mikroorganisme nagu vetikad ja kõrrelised. Ameerika Ühendriikide merevägi on sellest ajast peale välja töötanud materjali, mida tuntakse Sharkleti nime all ja mis põhineb sellel nahamustril, mis aitab pärssida merekasvu laevadel.
2. Kingfisheri lindudest inspireeritud Bullet Trains (nagu Disney)
Jäälindudel on spetsiaalsed nokad, mis võimaldavad neil vette sukelduda, et jahti pidada, tehes samal ajal minimaalset pritsimist. Seda uut nina kasutades olid järgmise põlvkonna 500-seeria rongid 10 protsenti kiiremad, tarbisid 15 protsenti vähem elektrit ja mis kõige tähtsam, neil polnud enam "buumi".
Kui Jaapani insenerid võtsid enda peale hirmutava ülesande uuendada oma kiirronge, tabas nende disain kahetsusväärset tõrku. Probleemiks ei olnud nende rongide soovitud kiiruste saavutamine, vaid hoopis tohutu müra, mida tekitas rongide ees õhu nihkumine. Rongide tunnelitesse sisenedes tekitasid sõidukid sageli valju lööklaine, mida nimetatakse tunnelibuumiks.
Lööklainete tugevus põhjustas isegi mitme tunneli konstruktsioonikahjustusi. Selle buumi minimeerimiseks jäljendasid Jaapani insenerid Kingfisheri linnunokka, mis põhjustab vette sisenedes minimaalselt pritsmeid. Selle uue ninakuju loomisel olid rongid 10 protsenti kiiremad, tarbisid 15 protsenti vähem elektrit ja mis kõige tähtsam, ei olnud enam "buumi".
Seda tüüpi uuenduslikku protsessi nimetatakse kunstlikuks fotosünteesiks, kus biooniline leht loob päikesevalgusest vesinikkütust. See loodab olla potentsiaalne ülemaailmne energia läbimurre, eraldades vett päikese elektri abil.
Seda tüüpi heitmeid ei tekita taastuvate kütus
3. Küürvaalade eeskujul loodud tuuleturbiinid
Näiteks küürvaal kasutab tõukejõuks konarlikke uimesid, mis tundub pigem intuitiivne. Need vaalad mõjutasid tuuleturbiinide uusi mudeleid.
Maailma suurima kalana tuntud vaalad on pikka aega ookeanis ujunud ja evolutsioon on muutnud neist ülitõhusa eluvormi. Nad võivad sukelduda sadu jalgu pinna alla ja jääda sinna tundideks. Nad säilitavad oma tohutu suuruse, toitudes loomadest, mis on väiksemad kui silm näeb, ning nende liikumist annavad ülitõhusad uimed ja saba. Need on võimalikud tänu küürakale.
Küürvaala eesmiste uimede servad, mida nimetatakse mugulateks, mõjutavad seda, kuidas vesi üle uimede voolab. See loob vees aerodünaamilise voolu. Mugulad võimaldavad neil ujuda suurel kiirusel hoolimata nende suurest suurusest.
Paljud meie kaasaegsed aerodünaamilised konstruktsioonid põhinevad pigem põhiprintsiipidel. Optimaalse tõste ja minimaalse takistuse saavutamiseks on võtmetähtsusega siledad servad ja puhtad jooned. Kuid kogu loomariigis on paljud liigid võimelised erakordselt tõusma.
Duke'i ülikooli, West Chesteri ülikooli ja USA mereväeakadeemia teadlased avastasid, et vaala uime esiservas olevad konarused suurendavad oluliselt selle tõhusust, vähendades takistust 32 protsenti ja suurendades tõstejõudu 8 protsenti. Need reguleeritud labad aitavad genereerida kiirusel 10 miili tunnis sama palju võimsust kui tavalised turbiinid kiirusel 17 miili tunnis.
Ettevõtted rakendavad seda ideed tuuleturbiinide labade, jahutusventilaatorite, lennukitiibade ja propellerite puhul.
4. Mardikad ja isetäituvad veepudelid
Praegusel hetkel pole saladus: juurdepääs veele on kõigi jaoks ülioluline jätkusuutlik tsivilisatsioon ja elu sellel planeedil üldiselt. Kuigi mõnes maakera paigas on rikkalikult veevarusid, nagu järved ja jõed, peab kuivem kliima leppima piiratud sademetega.
Tehnoloogia, mis tuleneb ühes Maa karmimas keskkonnas õitsevast mardikast, võib väga hästi aidata käivitada järgmise põlvkonna puhta vee kogumine.
Namiibi kõrbes elavad mardikad (Stenocara mardikad) elavad üle kuivas ja karmis keskkonnas, kogudes oma ainulaadse kestakujunduse tõttu vett selga. Neid tuntakse ka kui "peamisi veekogujaid". Nad suunavad oma tiivad ookeanituule poole ja nende seljal olevad konarused suunavad veepiisad suu poole.
Insenerid lõid sarnaste vett koguvate ja vett tõrjuvate muhketega veepudeli. See projekt võib aidata kaasa vee säilitamisele ja muuta vesi kuivade piirkondade kogukondadele hõlpsamini kättesaadavaks.
Looduskaitse või kogukonna planeerimise kutsealade spetsialistid võivad osaleda mitmes veekaitseprojektis, mis hõlmavad seda biomimikri tehnikat. Umbes 22 riiki üle maailma kasutavad õhust vee kogumiseks võrke, nii et sellisel tõhususe suurendamisel võib olla suur mõju.
5. Neelab lööki nagu rähn
Rähnid on tuntud oma erakordse kaevamisvõime poolest. Olendid kasutavad oma nokat putukate otsimiseks ja ka endale nurkade loomiseks, ilma et nad saaksid kiirest ja jõulisest nokitsemisest peavigastusi.
Kuna rähnid need augud tegid, kogevad nad 1200 gravitatsioonilise tõmbe (Gs) pidurdust peaaegu 22 korda sekundis. Selle perspektiivi silmas pidades annaks tõsine autoõnnetus reisijale 120 Gs.
California ülikoolis Berkeleys läbi viidud CT-skaneeringute abil tehtud uuringud avastasid, et rähnidel on neli struktuuri, mis on loodud mehaanilise šoki neelamiseks. Linnu poolelastne nokk, kolju taga asuv käsnjas luuosa ja tserebrospinaalvedelik töötavad koos, et pikendada põrutuse tekkeaega ja seega pärssida vibratsiooni.
Nendele struktuuridele tuginedes kasutavad kosmoseinsenerid neid struktuure sageli meteoriidikindlate kosmoselaevade ja lennukite mustade kastide projekteerimiseks, mis suudavad enne rikke ilmnemist neelata rohkem jõudu. See loomulik disain võib aidata ka õhusõidukitel ja aeronautikainseneridel tulevikus kvaliteetsemat tehnoloogiat välja töötada.
6. Peajalgsete kamuflaaž
Kalmaar, nagu kõik peajalgsed, on võimeline hõõguma (bioluminestsents) ja muutma oma nahavärvi. See kamuflaaživõime paneb nad kiskjate eest peitu pugema, samas kui bioluminestsents võimaldab neil kaaslasega suhelda ja/või teda ligi meelitada. Seda keerulist käitumist tekitab spetsialiseeritud naharakkude ja lihaste võrgustik.
Houstoni ülikooli teadlased ehitasid sarnase seadme, mis suudab tuvastada selle ümbruse ja sobitada seda vaid sekunditega. See varajane prototüüp kasutab paindlikku piksileeritud võrku, kasutades täiturmehhanisme, valgusandureid ja reflektoreid. Kuna valgusandurid tuvastavad muutuse ümbruses, saadetakse vastavale dioodile signaal.
See tekitab piirkonnas soojust ja termokromaatiline võrk muudab seejärel värvi. Sellel tehislikul "nahal" võib olla nii sõjalisi kui ka kaubanduslikke rakendusi.
7. Termiitidest inspireeritud ventilatsioonisüsteemid
Termiidid saavad sageli oma hävitavate omaduste tõttu halva räpi. Termiidid on aga kurikuulsad selle poolest, et loovad planeedil kõige keerukamaid jahutamiseks mõeldud ventilatsioonisüsteeme. Isegi mõnes kuumemas kohas jäävad need termiidiküngad sees erakordselt jahedaks. Kui välistemperatuur kõigub kogu päeva jooksul metsikult madalast kõrgeni, siis termiidikoopas püsib sees mõnus temperatuur ühtlaselt.
Kasutades keerulist tahtlike õhutaskute võrgustikku, loovad küngasid loomuliku ventilatsioonisüsteemi, kasutades konvektsiooni. See on näide sellest, kuidas ehitus- ja arhitektuuriprofessionaalid saavad kasutada looduslikke elemente ja säästvad materjalid ehitusprojekti ohutuse ja kvaliteedi tõstmiseks kuumas kliimas.
Näiteks Zimbabwes Harares asuv East Gate'i ostukeskus, mis on 333,000 90 ruutjalga kõrge, kasutab kütmiseks ja jahutamiseks XNUMX protsenti vähem energiat kui traditsioonilised hooned, on suured korstnad, mis tõmbavad öösel loomulikult sisse jahedat õhku, et alandada hoone temperatuuri. põrandaplaadid, täpselt nagu termiidikoopad.
8. Lindudest inspireeritud Jets
Linnud võivad V-kuju abil oma lennukaugust suurendada rohkem kui 70 protsenti. Teadlased on avastanud, et kui parv omandab tuttava V-kujulise kuju, kui üks lind tiibu lehvitab, tekitab see väikese ülesvoolu, mis tõstab linnu selja taha.
Kui iga lind möödub, lisavad nad löögile oma energiat, aidates kõigil lindudel lendu säilitada. Pöörates oma järjestust läbi virna, jaotavad nad pingutust.
Rühm Stanfordi ülikooli teadlasi arvab, et reisilennufirmad saaksid sama taktikat kasutades kütust kokku hoida. Professor Ilan Kroo juhitud meeskond näeb ette stsenaariume, kus lääneranniku lennujaamade reaktiivlennukid kohtuvad ja lendavad teel oma idaranniku sihtkohtadesse.
V-kujuliselt reisides lennukitega, kes vahelduvad ees nagu linnud, arvavad Kroo ja tema teadlased, et lennukid kulutavad 15 protsenti vähem kütust kui üksi lendavad lennukid.
9. Burr ja Velcro
Velcro on laialt tuntud biomimikri näide. Võib-olla olete noorena kandnud takjapaelaga kingi ja võite kindlasti oodata pensionipõlves samasuguste kingade kandmist.
Velcro leiutas Šveitsi insener George de Mestral 1941. aastal pärast seda, kui ta eemaldas oma koeralt purud ja otsustas nende toimimist lähemalt uurida.
Nõelte otsast leitud väikesed konksud inspireerisid teda looma praegu kõikjal levinud Velcro. Mõelge sellele: ilma selle materjalita ei tunneks maailm takjapaelaga hüppamist spordiala, mille puhul inimesed, kes on riietatud takjakostüümidesse, üritavad oma keha võimalikult kõrgele seinale visata.
10. Liblika tiivad ja päikeseenergia
Liblikas "harilik roos" soojendab oma keha, neelates tiibadega päikesevalgust. Uurides selle tiibu elektronmikroskoobi all, avastasid teadlased nende kehas augud, mis hajutasid päikesevalgust ja hoidsid neid soojas.
Selle mehhanismi abil lõid teadlased õhukese ränikile, mis meenutas liblika tiiva 3D-mudelit, ja rakendasid selle päikeseenergiaelemendile, parandades selle üldist disaini. See uus energiarakk võib sageli halvemates valgustingimustes neelata rohkem päikesevalgust. Kasutades seda tehnoloogiat päikeseenergiatööstuses, saavad insenerid aidata kogukondadel ja kohalikel ettevõtetel oma tegevust suurendada säästva energia kasutamine.
Järeldus
Mul on lootust, et kui teadlased uurivad inimlikele küsimustele vastamiseks rohkem loodusmaailma, hakkavad nad üha enam nägema, et evolutsiooni rängalt ekslik idee on võimatu. Nüüd on teie kord luua uuendus, mis põhineb millegi looduses leiduval kujul! Olge nii loominguline, kui soovite, ja oma vanema loal
Soovitused
- 10 parimat keskkonnasõbralike ujumisriiete tootjat
. - 8 taskukohast keskkonnasõbralikku kingitust talle
. - Kuidas saavad kodud kaasaegsest esteetikast hoolimata olla keskkonnasõbralikud
. - 5 viisi keskkonnasõbralikuks ettevõtteks
. - 10 parimat liustike sulamise mõju keskkonnale
Ahamefula Ascension on kinnisvarakonsultant, andmeanalüütik ja sisukirjutaja. Ta on Hope Ablaze Foundationi asutaja ja riigi ühe maineka kolledži keskkonnajuhtimise lõpetanud. Ta on kinnisideeks lugemisest, uurimisest ja kirjutamisest.