Milióny rokov evolúcie formovali svet okolo nás a vytvorili mnoho neuveriteľných vecí. Biomimikry je, keď pozorujeme vlastnosť v prírode a kopírujeme ju alebo jej časti pre ľudskú technológiu a dizajn. Existuje mnoho vynikajúcich príkladov biomimikry v akcii.
Biomimikry sa týkajú mnohých odvetví ľudskej činnosti. Od medicíny po výskum, priemysel, ekonomiku, architektúru, urbanizmus, poľnohospodárstvo a manažment. Tento zoznam nie je úplný, pretože biomimikry sú predovšetkým otázkou toho, ako pristupujeme k týmto odborným oblastiam. Preto sa môže vzťahovať viac-menej priamo na všetky sektory.
Koncept biomimikry je založený na kľúčovej myšlienke: príroda vždy funguje na princípoch hospodárnosti a efektívnosti a zároveň neprodukuje žiadny odpad. Pamätáte si na Lavoirove slová „nič sa nestratí, nič sa nevytvorí, všetko sa transformuje“? To je tá myšlienka. Bez ohľadu na oblasť použitia je biomimetická filozofia súčasťou globálnej stratégie zodpovedného a udržateľného rozvoja , ktorej cieľom je vyvážiť spôsob využívania zdrojov planéty.
Čo je to Biomimikria?
Biomimikry (ako už názov napovedá, je napodobňovanie živých vecí) má za cieľ čerpať inšpiráciu z prírodného výberu a riešení prijatých prírodou a previesť princípy do ľudského inžinierstva. Je to metóda na vytváranie riešení ľudských výziev napodobňovaním návrhov a nápadov nájdených v prírode. Používa sa všade: v budovách, vozidlách a dokonca aj materiáloch.
Biomimikry ako prístup je krásna cesta k tomu, čo sa môžeme naučiť od prírody, a v tomto procese posilňujeme náš vzťah a spojenie s prírodným svetom. Je to životne dôležitý prvok vytvárania udržateľnejšieho, zdravšieho a spravodlivejšieho sveta pre všetkých ľudí a všetky druhy. Preto sme si povedali, že by bolo zábavné zhrnúť niekoľko najvýznamnejších príkladov.
10 Úžasné príklady biomimikry pre deti a vedcov
Biomimikry, ako je uvedené, hľadá inšpiráciu v prírode a prírodných systémoch, pričom využíva stratégie inšpirované prírodou na zlepšenie dizajnu. Prostredníctvom adaptácie a evolúcie postava trávi milióny rokov lámaním si cesty von z problémov, čo vedie k niektorým ohromujúcim inováciám. Neefektívnosť netrvá sama a ľudskí inžinieri a dizajnéri tam často hľadajú riešenia moderných problémov.
Tu je niekoľko skvelých príkladov biomimikry vo vede, technike a inováciách, ktoré boli ovplyvnené dizajnom inšpirovaným prírodou pre deti a vedcov.
- Napodobňovanie žraločej kože do plaviek
- Guľové vlaky inšpirované vtákmi Kingfisher (ako ten v Disney)
- Veterné turbíny podľa vzoru veľrýb
- Chrobáky a samoplniace fľaše na vodu
- Absorbujúci šok ako ďateľ
- Maskovanie hlavonožcov
- Vetracie systémy inšpirované termitmi
- Trysky inšpirované vtákmi
- Burr a suchý zips
- Motýlie krídla a slnečná energia
1. Plavky napodobňujúce žraločiu kožu
Žraloky sú jedným z najväčších predátorov morí. Zatiaľ čo žraloky sú dobre známe pre svoj akútny čuch a rýchlo sa regenerujúce zuby, nový výskum môže poukázať na kožu tohto druhu ako na jeho najviac evolučnú výhodu.
Žraločia koža je pokrytá nespočetnými prekrývajúcimi sa šupinami známymi ako „dermálne zubáče“. Keď sú tieto dermálne zubáče v pohybe, vytvárajú zónu nízkeho tlaku. Tento vír na prednej hrane v podstate „ťahá“ žraloka dopredu a tiež pomáha znižovať odpor vzduchu. Netreba dodávať, že aplikácií pre takýto dizajn je dosť.
Vedci replikovali kožné dentikuly v plavkách (ktoré sú teraz na veľkých súťažiach zakázané) a na dne lodí. Plavky inšpirované žraločou kožou získali veľkú mediálnu pozornosť počas letných olympijských hier v roku 2008, keď sa pozornosť upriamila na Michaela Phelpsa.
Speedo notoricky zakomponoval biomimetickú žraločiu kožu do radu plaviek pre olympijské hry v roku 2008. Podľa Smithsoniana 98 percent medailí na olympijských hrách v roku 2008 získali plavci v plavkách zo žraločej kože. Odvtedy je technológia na olympijských súťažiach zakázaná.
Podobne, hoci je známe, že mnohé vodné druhy na svojom tele hostia iné morské druhy (napríklad fúzy), žraloky zostávajú takpovediac relatívne „čisté“. Tieto mikroskopické kožné zubáky tiež pomáhajú žralokom odraziť mikroorganizmy, ako sú riasy a fúzy. Námorníctvo Spojených štátov odvtedy vyvinulo materiál známy ako Sharklet, založený na tomto vzore kože, ktorý pomáha inhibovať rast morských organizmov na lodiach.
2. Bullet Trains inšpirované vtákmi Kingfisher (ako ten v Disney)
Vtáky rybárika riečneho majú špecializované zobáky, ktoré im umožňujú ponoriť sa do vody a loviť pri minimálnom špliechaní. S využitím tohto nového nosa boli vlaky ďalšej generácie radu 500 o 10 percent rýchlejšie, spotrebovali o 15 percent menej elektriny a čo je najdôležitejšie, nemali už žiaden „boom“.
Keď sa japonskí inžinieri chopili náročnej úlohy modernizácie svojich vysokorýchlostných guľových vlakov, ich dizajn narazil na jeden nešťastný háčik. Problémom nebolo dostať tieto vlaky na požadovanú rýchlosť, ale skôr obrovské množstvo hluku spôsobeného vytlačením vzduchu pred vlakmi. Keď vlaky vchádzali do tunelov, vozidlá často vydávali hlasnú rázovú vlnu známu ako „bum tunela“.
Sila rázových vĺn dokonca spôsobila štrukturálne poškodenie niekoľkých tunelov. Aby sa tento boom minimalizoval, japonskí inžinieri napodobnili zobák Kingfisher, ktorý pri vstupe do vôd spôsobuje minimálne špliechanie. Vytvorením tohto nového tvaru nosa boli vlaky o 10 percent rýchlejšie, spotrebovali o 15 percent menej elektriny a, čo je najdôležitejšie, už žiadne „boom“.
Tento typ inovatívneho procesu sa nazýva umelá fotosyntéza, kde bionický list vytvára vodíkové palivo zo slnečného žiarenia. Dúfa, že ide o potenciálny globálny energetický prielom štiepením vody pomocou elektriny zo slnka.
Z tohto typu obnoviteľného paliva nevznikajú žiadne emisie
3. Veterné turbíny podľa vzoru veľrýb hrbatých
Napríklad vráskavca dlhoplutvá používa na pohon hrboľaté, tuberkulózne plutvy, čo pôsobí dosť neintuitívne. Tieto veľryby ovplyvnili nové modely veterných turbín.
Veľryby, známe ako najväčšie ryby na svete, plávajú okolo oceánu už dlho a evolúcia z nich vytvorila superefektívnu formu života. Dokážu sa ponoriť stovky stôp pod hladinu a zostať tam celé hodiny. Svoju obrovskú veľkosť si udržiavajú tým, že sa živia zvieratami menšími, ako ich oko vidí, a svoj pohyb poháňajú mimoriadne účinnými plutvami a chvostom. Sú to možné vďaka prítomnosti jeho hrbáč.
Hrebene na predných plutvách veľryby hrbatej, nazývané tuberkulózy, ovplyvňujú to, ako voda preteká cez plutvy. Vytvára aerodynamické prúdenie vo vode. Hľuzy im umožňujú plávať vysokou rýchlosťou napriek ich veľkej veľkosti.
Mnohé z našich moderných aerodynamických dizajnov sa spoliehajú na skôr základné princípy. Na dosiahnutie optimálneho zdvihu a minimálneho odporu sú kľúčové hladké hrany a čisté línie. V celej živočíšnej ríši je však veľa druhov schopných výnimočného zdvihu.
Vedci z Duke University, West Chester University a US Naval Academy zistili, že hrbole na prednom okraji plutvy veľryby výrazne zvyšujú jej účinnosť, pričom znižujú odpor o 32 percent a zvyšujú zdvih o 8 percent. Tieto upravené lopatky tiež pomáhajú generovať rovnaké množstvo energie pri rýchlosti 10 míľ za hodinu ako konvenčné turbíny pri rýchlosti 17 míľ za hodinu.
Spoločnosti aplikujú túto myšlienku na lopatky veterných turbín, chladiace ventilátory, krídla lietadiel a vrtule.
4. Chrobáky a samoplniace fľaše na vodu
V tejto chvíli nie je žiadnym tajomstvom: prístup k vode je kľúčový pre akúkoľvek udržateľnú civilizáciu a život na tejto planéte vo všeobecnosti. Zatiaľ čo niektoré miesta na svete majú bohaté vodné zdroje, ako sú jazerá a rieky, suchšie podnebie si musí vystačiť s obmedzenými zrážkami.
Technológia odvodená od chrobáka, ktorý prosperuje v jednom z najdrsnejších prostredí na Zemi, by mohla pomôcť naštartovať ďalšiu generáciu zberu čistej vody.
Chrobáky (Stenocara chrobáky) pochádzajúce z púšte Namib prežívajú suché a drsné prostredie tým, že zbierajú vodu na svojich chrbtoch, čo je výsledkom ich jedinečného dizajnu ulity. Sú tiež známi ako „hlavní zberači vody“. Krídlami mieria k oceánskemu vánku a hrbolčeky na ich chrbte privádzajú kvapky vody k ich ústam.
Inžinieri vytvorili fľašu s vodou s podobnými hrbolčekmi, ktoré zbierajú vodu a odpudzujú vodu. Tento projekt by mohol pomôcť pri úsilí o zachovanie vody a uľahčiť prístup k vode pre komunity v suchých oblastiach.
Odborníci v oblasti ochrany alebo komunitného plánovania sa môžu zúčastniť viacerých projektov ochrany vody, ktoré zahŕňajú túto metódu biomimikry. Približne 22 krajín na celom svete používa siete na zber vody zo vzduchu, takže takéto zvýšenie účinnosti by mohlo mať veľký vplyv.
5. Absorbuje šok ako ďateľ
Ďatle sú známe svojou výnimočnou schopnosťou hĺbenia. Tvory používajú svoje zobáky na hľadanie potravy pre hmyz a tiež na vytváranie zákutí bez toho, aby utrpeli zranenia hlavy z rýchleho a silného klovania.
Keď ďatle vyhĺbia tieto diery, zažijú spomalenie 1200 gravitačných ťahov (Gs) takmer 22-krát za sekundu. Aby som to uviedol do perspektívy, ťažká autonehoda by na cestujúceho priniesla ekvivalent 120 Gs.
Výskum vykonaný pomocou CT skenov na Kalifornskej univerzite v Berkeley zistil, že ďatle majú štyri štruktúry navrhnuté tak, aby absorbovali mechanické otrasy. Vtáčí poloelastický zobák, oblasť „špongiovitého kostného materiálu“ za lebkou, a mozgovomiechový mok – to všetko pracuje v súzvuku na predĺžení času, počas ktorého k tomuto otrasu dôjde, a tým k inhibícii vibrácií.
Na základe týchto štruktúr leteckí inžinieri často používajú tieto štruktúry na navrhovanie meteoritov odolných kozmických lodí a čiernych skriniek lietadiel, ktoré dokážu absorbovať viac sily pred poruchou. Tento prirodzený dizajn môže tiež pomôcť lietadlovým a leteckým inžinierom vyvinúť v budúcnosti kvalitnejšie technológie.
6. Kamufláž hlavonožcov
Kalmáre, rovnako ako všetky hlavonožce, sú schopné žiariť (bioluminiscencia), ako aj meniť farbu pokožky. Vďaka tejto maskovacej schopnosti sa schovávajú pred predátormi, zatiaľ čo bioluminiscencia im umožňuje komunikovať a/alebo prilákať partnera. Toto zložité správanie je produkované sieťou špecializovaných kožných buniek a svalov.
Výskumníci z University of Houston zostrojili podobné zariadenie schopné rozpoznať svoje okolie a porovnať sa s ním za pár sekúnd. Tento skorý prototyp využíva flexibilnú pixilovanú mriežku využívajúcu ovládače, svetelné senzory a reflektory. Keď svetelné senzory zaznamenajú zmenu okolia, odošle sa signál do príslušnej diódy.
V oblasti tak vzniká teplo a termochromatická mriežka potom mení farbu. Táto človekom vyrobená „koža“ by mohla mať vojenské aj komerčné využitie.
7. Ventilačné systémy inšpirované termitmi
Termity často zle rapujú kvôli ich deštruktívnym vlastnostiam. Avšak termity sú neslávne známe tým, že vytvárajú niektoré z najprepracovanejších ventilačných systémov na chladenie na planéte. Dokonca aj na niektorých z najteplejších miest, tieto termitištia, zostávajú vo vnútri mimoriadne chladné. Zatiaľ čo vonkajšia teplota sa počas dňa divoko mení z nízkej na vysokú teplotu, vnútri termitieho brlohu sa drží stabilne príjemná teplota.
Pomocou zložitej siete zámerne vytvorených vzduchových vreciek vytvárajú mohyly prirodzený vetrací systém s využitím konvekcie. Toto je príklad toho, ako môžu stavební a architektoničtí odborníci využiť prírodné prvky a udržateľné materiály na zvýšenie bezpečnosti a kvality stavebného projektu v horúcom podnebí.
Napríklad nákupné centrum East Gate v Harare v Zimbabwe, ktoré je vysoké 333,000 90 štvorcových stôp, spotrebuje o XNUMX percent menej energie na vykurovanie a chladenie ako tradičné budovy, má veľké komíny, ktoré prirodzene v noci nasávajú chladný vzduch, aby znížili teplotu podlahové dosky, rovnako ako termití jamy.
8. Inšpirované vtákmi Jets
Vtáky môžu zvýšiť vzdialenosť svojho letu o viac ako 70 percent s použitím tvaru V. Vedci zistili, že keď kŕdeľ prevezme známu formáciu V, keď jeden vták mávne krídlami, vytvorí malý stúpavý prúd, ktorý zdvihne vtáka za sebou.
Keď každý vták prejde, pridajú svoju energiu k úderu, čím pomôžu všetkým vtákom udržať let. Otáčaním svojho poradia cez zásobník si rozložia námahu.
Skupina výskumníkov zo Stanfordskej univerzity si myslí, že osobné letecké spoločnosti by mohli dosiahnuť úsporu paliva tým, že by zvolili rovnakú taktiku. Tím vedený profesorom Ilanom Kroom si predstavuje scenáre, v ktorých sa lietadlá z letísk na západnom pobreží stretávajú a lietajú vo formácii na ceste do svojich destinácií na východnom pobreží.
Kroo a jeho výskumníci si pri cestovaní v tvare V s lietadlami striedajúcimi sa vpredu, ako to robia vtáky, myslia, že lietadlá by mohli spotrebovať o 15 percent menej paliva v porovnaní s lietaním sólo.
9. Burr a suchý zips
Suchý zips je všeobecne známym príkladom biomimikry. Možno ste v mladosti nosili topánky s pásikmi na suchý zips a určite sa môžete tešiť, že rovnaké topánky budete nosiť aj na dôchodku.
Suchý zips vynašiel švajčiarsky inžinier George de Mestral v roku 1941 po tom, čo svojmu psovi odstránil otrepy a rozhodol sa bližšie pozrieť, ako fungujú.
Malé háčiky nachádzajúce sa na konci ihiel ho inšpirovali k vytvoreniu dnes už všadeprítomného suchého zipsu. Zamyslite sa nad tým: bez tohto materiálu by svet nepoznal skákanie na suchý zips, šport, v ktorom sa ľudia oblečení v kompletných oblekoch na suchý zips snažia hodiť svoje telá čo najvyššie na stenu.
10. Motýlie krídla a slnečná energia
Motýľ „obyčajná ruža“ ohrieva svoje telo tým, že krídlami absorbuje slnečné svetlo. Štúdiom jeho krídel pod elektrónovým mikroskopom vedci objavili v ich telách diery, ktoré rozptyľovali slnečné svetlo a udržiavali ich v teple.
Pomocou tohto mechanizmu výskumníci vytvorili tenkú kremíkovú vrstvu, ktorá pripomínala 3D model motýlieho krídla a aplikovali ju na solárny článok, čím celkovo vylepšili jeho dizajn. Tento nový energetický článok dokázal často absorbovať viac slnečného žiarenia za zhoršených svetelných podmienok. Využitím tejto technológie v solárnom priemysle môžu inžinieri pomôcť komunitám a miestnym podnikom zvýšiť ich využívanie udržateľnej energie.
Záver
Dúfam, že keď sa vedci viac pozerajú do prírodného sveta, aby odpovedali na ľudské otázky, začali čoraz viac vidieť, že vážne mylná myšlienka evolúcie je nemožná. Teraz je rad na vás, aby ste vytvorili inováciu založenú na niečom, čo sa nachádza v prírode! Buďte tak kreatívni, ako chcete, a so súhlasom rodičov