Miljoonien vuosien evoluutio on muokannut maailmaa ympärillämme ja luonut monia uskomattomia asioita. Biomimikria tarkoittaa sitä, että havaitsemme piirteen luonnossa ja kopioimme sitä tai sen osia ihmisen teknologiaa ja suunnittelua varten. On olemassa lukuisia erinomaisia esimerkkejä biomimikrista toiminnassa.
Biomimikri koskee monia ihmisen toiminnan aloja. Aina lääketieteestä tutkimukseen, teollisuuteen, talouteen, arkkitehtuuriin, kaupunkisuunnitteluun, maatalouteen ja hallintoon. Tämä luettelo ei ole tyhjentävä, koska biomimikri on ennen kaikkea kysymys siitä, kuinka lähestymme näitä osaamisalueita. Siksi se voi koskea enemmän tai vähemmän suoraan kaikkia toimialoja.
Biomimikrian käsite perustuu keskeiseen ajatukseen: luonto toimii aina taloudellisuuden ja tehokkuuden periaatteiden mukaisesti tuottamatta jätettä. Muistatko Lavoirin sanoneen: "mitään ei menetetä, mitään ei luoda, kaikki muuttuu"? Juuri siinä se ajatus on. Sovellutusalasta riippumatta biomimeettinen filosofia on osa vastuullisen ja kestävän kehityksen globaalia strategiaa , jonka tavoitteena on tasapainottaa planeetan resurssien käyttöä.
Mikä on Biomimicry?
Biomimikri (kuten nimestä voi päätellä, on elävien olioiden jäljitelmä) pyrkii saamaan inspiraatiota luonnonvalinnasta ja luonnon omaksumista ratkaisuista ja muuttamaan periaatteet ihmisen suunnitteluun. Se on menetelmä, jolla luodaan ratkaisuja inhimillisiin haasteisiin jäljittelemällä luonnosta löytyviä malleja ja ideoita. Sitä käytetään kaikkialla: rakennuksissa, ajoneuvoissa ja jopa materiaaleissa.
Biomimikri lähestymistapana on kaunis matka siihen, mitä voimme oppia luonnosta, ja samalla vahvistamme suhdettamme ja yhteyttämme luontoon. Tämä on tärkeä osa kestävämmän, terveellisemmän ja oikeudenmukaisemman maailman luomista kaikille ihmisille ja kaikille lajeille. Joten ajattelimme, että olisi hauskaa kerätä muutamia huomionarvoisimpia esimerkkejä.
10 Mahtavia esimerkkejä biomimikristä lapsille ja tutkijoille
Kuten sanottu, biomimikri etsii inspiraatiota luonnosta ja luonnollisista järjestelmistä käyttämällä luonnon inspiroimia strategioita suunnittelun parantamiseen. Sopeutumisen ja evoluution kautta hahmo viettää miljoonia vuosia selviytyäkseen ongelmista päätyen käsittämättömiin innovaatioihin. Tehottomuus ei kestä yksin, ja ihmisinsinöörit ja suunnittelijat etsivät sieltä usein ratkaisuja nykyaikaisiin ongelmiin.
Tässä on hienoja esimerkkejä tieteen, tekniikan ja innovaatioiden biomimikriasta, joihin on vaikuttanut luonnon inspiroima muotoilu lapsille ja tutkijoille.
- Hainnahan jäljitelmä uimapukuun
- Kingfisher-lintujen inspiroimat luotijunat (kuten Disneyssä)
- Ryhävalaiden mallin mukaiset tuuliturbiinit
- Kuoriaisia ja itsetäyttyviä vesipulloja
- Imeytyvä järkyttää kuin tikka
- Pääjalkaisten naamiointi
- Termiittien inspiroimat ilmanvaihtojärjestelmät
- Lintujen inspiroimat suihkukoneet
- Purse ja tarranauha
- Perhosen siivet ja aurinkoenergia
1. Hainnahkaa jäljittelevä uimapuku
Hait ovat yksi merten suurimmista saalistajista. Vaikka hait tunnetaan hyvin akuutista hajuaististaan ja nopeasti uusiutuvista hampaistaan, uudet tutkimukset voivat osoittaa lajin ihon olevan sen evolutiivisin markkinarako.
Hainnahka on peitetty lukemattomilla päällekkäisillä suomuilla, jotka tunnetaan nimellä "ihon hampaat". Liikkuessaan nämä dermaaliset hampaat luovat matalapaineisen alueen. Tämä etureunan pyörre olennaisesti "vetää" hain eteenpäin ja auttaa myös vähentämään vastusta. Tarpeetonta sanoa, että tällaiselle suunnittelulle on paljon sovelluksia.
Tutkijat ovat kopioineet ihon hampaita uima-asuihin (jotka ovat nykyään kiellettyjä suurissa kilpailuissa) ja veneiden pohjaan. Hainnahasta inspiroituneet uima-asut saivat paljon mediahuomiota vuoden 2008 kesäolympialaisissa, kun Michael Phelps oli huomion keskipisteenä.
Speedo sisällytti tunnetusti biomimeettisen hainnahan uimapukusarjaan vuoden 2008 olympialaisia varten. Smithsonianin mukaan 98 prosenttia vuoden 2008 olympialaisten mitaleista voittivat hainnahkaisissa uimahousuissa pukeutuneita uimareita. Siitä lähtien tekniikka on ollut kielletty olympiakilpailuissa.
Samoin, vaikka monien vesilajien tiedetään isännöivän kehossaan muita merieläimiä (kuten merirokkoja), hait pysyvät suhteellisen "puhtaina" niin sanoakseni. Nämä mikroskooppiset ihon hampaat auttavat myös haita torjumaan mikro-organismeja, kuten leviä ja merirokkoja. Yhdysvaltain laivasto on sittemmin kehittänyt Sharklet-nimisen materiaalin, joka perustuu tähän ihokuviointiin ja auttaa estämään merieläinten kasvua laivoilla.
2. Kingfisher-lintujen inspiroima luotijunat (kuten Disneyssä)
Kingfisher-lintuilla on erikoisnokat, joiden avulla ne voivat sukeltaa veteen metsästämään samalla kun ne roiskevat vähän. Uutta nokkaa hyödyntäen seuraavan sukupolven 500-sarjan junat olivat 10 prosenttia nopeampia, kuluttivat 15 prosenttia vähemmän sähköä ja mikä tärkeintä, niissä ei ollut enää "buumia".
Kun japanilaiset insinöörit ottivat vastaan pelottavan tehtävän päivittää nopeita luotijunia, niiden suunnittelu osui yhteen valitettavaan hankaluuteen. Ongelmana ei ollut näiden junien saaminen haluttuun nopeuteen, vaan junien edessä tapahtuvan ilman siirtymän aiheuttama valtava melu. Kun junat saapuivat tunneleihin, ajoneuvot tekivät usein voimakkaan iskuaallon, joka tunnetaan nimellä "tunnelipuomi".
Iskuaaltojen voima aiheutti jopa rakenteellisia vaurioita useisiin tunneleihin. Tämän puomin minimoimiseksi japanilaiset insinöörit matkivat Kingfisherin linnun nokkaa, joka aiheuttaa mahdollisimman vähän roiskeita, kun se tulee vesiin. Luomalla tämän uuden nokan muodon junat olivat 10 prosenttia nopeampia, kuluttivat 15 prosenttia vähemmän sähköä ja mikä tärkeintä, eivät enää "buumia".
Tämän tyyppistä innovatiivista prosessia kutsutaan keinotekoiseksi fotosynteesiksi, jossa bioninen lehti tuottaa vetypolttoainetta auringonvalosta. Tällä on toivoa olevan mahdollinen globaali energian läpimurto jakamalla vettä auringosta tulevalla sähköllä.
Tämän tyyppisestä uusiutuvasta polttoaineesta ei synny päästöjä
3. Ryhävalaiden mallin mukaiset tuuliturbiinit
Esimerkiksi ryhävalas käyttää työntövoimana kuoppaisia, tubercle eviä, mikä vaikuttaa melko ristiriitaiselta. Nämä valaat vaikuttivat uusiin tuuliturbiinimalleihin.
Maailman suurimpana kalana tunnetut valaat ovat uineet valtameren ympärillä pitkään, ja evoluutio on tehnyt niistä erittäin tehokkaan elämänmuodon. Ne voivat sukeltaa satoja jalkoja pinnan alle ja pysyä siellä tuntikausia. Ne säilyttävät massiivisen kokonsa ruokkimalla eläimiä, jotka ovat pienempiä kuin silmä näkee, ja ne tehostavat liikkumistaan äärimmäisen tehokkailla eväillä ja hännällä. Nämä ovat mahdollisia sen ryhäselän läsnäolon ansiosta.
Ryhävalaan etuevien harjanteet, joita kutsutaan tubercleiksi, vaikuttavat siihen, miten vesi virtaa evien yli. Se luo aerodynaamisen virtauksen veteen. Tuberkuloiden ansiosta ne voivat uida suurilla nopeuksilla suuresta koostaan huolimatta.
Monet nykyaikaisista aerodynaamisista malleistamme perustuvat melko perusperiaatteisiin. Optimaalisen noston ja minimaalisen vastuksen saavuttamiseksi sileät reunat ja selkeät linjat ovat tärkeitä. Kuitenkin kaikkialla eläinkunnassa monet lajit pystyvät nousemaan poikkeuksellisesti.
Duke Universityn, West Chesterin yliopiston ja US Naval Academyn tutkijat havaitsivat, että valaan evän etureunassa olevat kohoumat lisäävät huomattavasti sen tehokkuutta vähentäen vastusta 32 prosenttia ja lisäämällä nostovoimaa 8 prosenttia. Nämä säädetyt siivet auttavat myös tuottamaan saman määrän tehoa 10 mailia tunnissa kuin perinteiset turbiinit 17 mailia tunnissa.
Yritykset soveltavat ideaa tuuliturbiinien siipiin, tuulettimiin, lentokoneen siipiin ja potkureihin.
4. Kuoriaiset ja itsetäyttyvät vesipullot
Tässä vaiheessa ei ole mikään salaisuus: veden saatavuus on ratkaisevan tärkeää mille tahansa kestävälle sivilisaatiolle ja elämälle tällä planeetalla yleensä. Vaikka joillakin maapallon alueilla on runsaat vesivarat, kuten järviä ja jokia, kuivemmissa ilmastoissa on tultava toimeen rajoitetulla sademäärällä.
Yhdessä maapallon ankarimmista olosuhteista viihtyvästä kovakuoriaisesta johdettu teknologia voi hyvinkin auttaa aloittamaan seuraavan sukupolven puhtaan veden keräämisen.
Namibin autiomaassa kotoisin olevat kovakuoriaiset (Stenocara-kuoriaiset) selviytyvät kuivasta ja ankarasta ympäristöstä keräämällä vettä selkäänsä ainutlaatuisen kuorisuunnittelunsa ansiosta. Ne tunnetaan myös "päävedenkeräilijöinä". He suuntaavat siipensä kohti merituulta, ja heidän selässään olevat kohoumat ohjaavat vesipisaroita heidän suuhunsa kohti.
Insinöörit loivat vesipullon, jossa oli samanlaiset vettä keräävät ja vettä hylkivät kohoumat. Tämä hanke voisi auttaa vesiensuojelutoimissa ja tehdä veden helpommin saataville kuivilla alueilla.
Suojelu- tai yhteisösuunnitteluammattien ammattilaiset voivat osallistua useisiin vedensuojeluprojekteihin, joihin liittyy tämä biomimikritekniikan menetelmä. Noin 22 maata ympäri maailmaa käyttää verkkoja veden keräämiseen ilmasta, joten tällaisella tehokkuuden lisäämisellä voi olla suuri vaikutus.
5. Vaimentaa iskuja kuin tikka
Tikat tunnetaan poikkeuksellisesta kaivukyvystään. Olennot käyttävät nokkaansa hyönteisten etsimiseen ja myös nurkkien luomiseen itselleen ilman päävammoja nopeasta ja voimakkaasta nokkimisesta.
Kun tikkat porasivat näitä reikiä, ne kokevat 1200 painovoiman (Gs) hidastuvan lähes 22 kertaa sekunnissa. Tarkasteltaessa sitä, vakava autokolari antaisi matkustajalle 120 Gs:n.
Kalifornian Berkeleyn yliopistossa CT-skannauksilla tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että tikoilla on neljä rakennetta, jotka on suunniteltu vaimentamaan mekaanista iskua. Linnun puolijoustava nokka, kallon takana oleva "sienimäinen luu" ja aivo-selkäydinneste toimivat yhdessä pidentääkseen aikaa, jonka aikana tämä aivotärähdys tapahtuu, ja siten estämään tärinää.
Näihin rakenteisiin perustuen ilmailu- ja avaruusinsinöörit käyttävät usein näitä rakenteita suunnitellakseen meteoriittia kestäviä avaruusaluksia ja lentokoneiden mustia laatikoita, jotka voivat imeä enemmän voimaa ennen toimintahäiriöitä. Tämä luonnollinen muotoilu voi myös auttaa lentokoneita ja ilmailuinsinöörejä kehittämään laadukkaampaa teknologiaa tulevaisuudessa.
6. Pääjalkaisten naamiointi
Kalmarit, kuten kaikki pääjalkaiset, pystyvät hehkumaan (bioluminesenssi) sekä muuttamaan ihon väriä. Tämä naamiointikyky saa heidät piiloutumaan petoeläimiltä, kun taas bioluminesenssin ansiosta ne voivat kommunikoida kumppanin kanssa ja/tai houkutella puoleensa. Tämän monimutkaisen käyttäytymisen tuottaa erikoistuneiden ihosolujen ja lihasten verkosto.
Houstonin yliopiston tutkijat rakensivat samanlaisen laitteen, joka pystyy havaitsemaan ympäristönsä ja sovittamaan sen yhteen muutamassa sekunnissa. Tämä varhainen prototyyppi käyttää joustavaa, piksiloitua verkkoa, jossa käytetään toimilaitteita, valoantureita ja heijastimia. Kun valoanturit havaitsevat muutoksen ympäristössä, signaali lähetetään vastaavalle diodille.
Tämä luo lämpöä alueelle ja termokromaattinen ristikko muuttaa sitten väriä. Tällä ihmisen tekemällä "iholla" voi olla sekä sotilaallisia että kaupallisia sovelluksia.
7. Termiittien inspiroima ilmanvaihtojärjestelmä
Termiitit saavat usein huonon rapin tuhoisten ominaisuuksiensa vuoksi. Termiitit ovat kuitenkin surullisen kuuluisia siitä, että he ovat luoneet planeetan kaikkein kehittyneimpiä ilmanvaihtojärjestelmiä jäähdytykseen. Jopa joissakin kuumimmissa paikoissa nämä termiittikummit pysyvät sisällä poikkeuksellisen viileinä. Vaikka ulkolämpötila vaihtelee villisti koko päivän matalasta korkeaan, termiittiluolan sisäpuoli pysyy tasaisena miellyttävässä lämpötilassa.
Kumpujen monimutkaisen, tarkoituksella luodun ilmataskujen verkoston avulla ne luovat luonnollisen ilmanvaihtojärjestelmän konvektiota hyödyntäen. Tämä on esimerkki siitä, miten rakennus- ja arkkitehtuurialan ammattilaiset voivat käyttää luonnonmateriaaleja ja kestäviä materiaaleja parantaakseen rakennusprojektin turvallisuutta ja laatua kuumassa ilmastossa.
Esimerkiksi Zimbabwen Hararessa sijaitseva East Gate -ostoskeskus, joka on 333,000 90 neliöjalkaa korkea, käyttää XNUMX prosenttia vähemmän energiaa lämmittämiseen ja jäähdyttämiseen kuin perinteiset rakennukset, ja siinä on suuret savupiiput, jotka luonnollisesti imevät sisään viileää ilmaa yöllä alentaen rakennuksen lämpötilaa. lattialaatat, aivan kuten termiittiluopat.
8. Lintujen inspiroima Jets
Linnut voivat pidentää lentomatkaansa yli 70 prosenttia käyttämällä V-muotoa. Tutkijat ovat havainneet, että kun parvi ottaa tutun V-muodostelman, kun yksi lintu räpäyttää siipiään, se luo pienen nousun, joka nostaa linnun taakseen.
Kun jokainen lintu kulkee ohi, ne lisäävät energiaansa aivohalvaukseen, mikä auttaa kaikkia lintuja säilyttämään lennon. Pyörittämällä järjestystä pinon läpi he jakavat rasituksen.
Ryhmä Stanfordin yliopiston tutkijoita uskoo, että matkustajalentoyhtiöt voisivat säästää polttoainetta käyttämällä samaa taktiikkaa. Professori Ilan Kroosin johtama tiimi suunnittelee skenaarioita, joissa länsirannikon lentokenttien suihkukoneet kohtaavat ja lentävät kokoonpanossa matkalla itärannikon kohteisiin.
Matkustelemalla V-muodossa lentokoneiden vuorotellen edessä lintujen tapaan Kroo ja hänen tutkijansa uskovat, että lentokoneet voisivat kuluttaa 15 prosenttia vähemmän polttoainetta kuin yksinlentäminen.
9. Purse ja tarranauha
Velcro on laajalti tunnettu esimerkki biomimikristä. Olet ehkä käyttänyt nuorena kenkiä, joissa on tarranauha, ja voit varmasti odottaa samantyyppisten kenkien käyttämistä eläkkeellä.
Tarranauhan keksi sveitsiläinen insinööri George de Mestral vuonna 1941, kun hän poisti jäysteet koirastaan ja päätti tarkastella lähemmin niiden toimintaa.
Purseneulojen päässä löydetyt pienet koukut inspiroivat häntä luomaan nyt kaikkialla esiintyvän tarranauhan. Ajattele sitä: ilman tätä materiaalia maailma ei tuntisi tarranauhahypyä urheilulajina, jossa tarranauhapukuihin pukeutunut ihmiset yrittävät heittää ruumiinsa mahdollisimman korkealle seinälle.
10. Perhosen siivet ja aurinkoenergia
"Yleinen ruusu" perhonen lämmittää kehoaan absorboimalla auringonvaloa siivillään. Tutkimalla sen siipiä elektronimikroskoopilla tutkijat löysivät kehostaan reikiä, jotka hajottavat auringonvaloa ja pitivät ne lämpimänä.
Tämän mekanismin avulla tutkijat loivat ohuen piikalvon, joka muistutti perhosen siiven 3D-mallia, ja sovelsivat sitä aurinkoenergiakennoon, mikä paransi sen kokonaissuunnittelua. Tämä uusi energiakenno kykeni usein absorboimaan enemmän auringonvaloa heikoimmissa valaistusolosuhteissa. Käyttämällä tätä teknologiaa aurinkoenergiateollisuudessa insinöörit voivat auttaa yhteisöjä ja paikallisia yrityksiä lisäämään kestävää energiankulutustaan.
Yhteenveto
Minulla on toiveita, että kun tiedemiehet katsovat enemmän luonnon maailmaan vastatakseen ihmisten kysymyksiin, he alkavat nähdä yhä enemmän, että vakavasti virheellinen käsitys evoluutiosta on mahdoton. Nyt on sinun vuorosi luoda innovaatio, joka perustuu johonkin luonnosta löytyvään! Ole niin luova kuin haluat ja vanhempasi luvalla