Мільйони років еволюції сформували світ навколо нас і створили багато неймовірних речей. Біомімікрія – це коли ми спостерігаємо рису в природі та копіюємо її або її частини для людських технологій і дизайну. Є багато чудових прикладів біомімікрії в дії.
Біомімікрія стосується багатьох сфер людської діяльності. Від медицини до наукових досліджень, промисловості, економіки, архітектури, містобудування, сільського господарства та менеджменту. Цей список не є вичерпним, оскільки біомімікрія – це, перш за все, питання того, як ми підходимо до цих областей знань. Тому він може застосовуватися більш-менш безпосередньо до всіх секторів.
Концепція біомімікрії базується на ключовій ідеї: природа завжди працює за принципами економії та ефективності, не створюючи відходів. Пам’ятаєте, як Лавуар сказав: «Ніщо не втрачено, ніщо не створено, усе змінюється»? Це ідея. Незалежно від сфери застосування біоміметична філософія є частиною глобальної стратегії відповідального та відповідального сталий розвиток який має на меті збалансувати спосіб використання ресурсів планети.
Зміст
Що таке біомімікрія?
Біомімікрія (як випливає з назви, це імітація живих істот) має на меті черпати натхнення з природного відбору та рішень, прийнятих природою, і переносити принципи на людську інженерію. Це метод створення рішень людських проблем шляхом наслідування дизайнів та ідей, знайдених у природі. Він використовується скрізь: у будівлях, транспортних засобах і навіть матеріалах.
Біомімікрія як підхід — це прекрасна подорож до того, чого ми можемо навчитися у природи, і в процесі цього ми зміцнюємо наші стосунки та зв’язок із світом природи. Це життєво важливий елемент створення більш стійкого, здоровішого та справедливого світу для всіх людей і всіх видів. Тож ми подумали, що було б цікаво зібрати кілька найбільш примітних прикладів.
10 Чудові приклади біомімікрії для дітей і вчених
Біомімікрія, як зазначено, шукає натхнення в природі та природних системах, використовуючи натхненні природою стратегії для вдосконалення дизайну. Шляхом адаптації та еволюції персонаж витрачає мільйони років, вишукуючи вихід із проблем, а в кінцевому підсумку отримує приголомшливі інновації. Неефективність не триває сама по собі, і інженери та дизайнери часто шукають там вирішення сучасних проблем.
Ось декілька надзвичайно крутих прикладів біомімікрії в науці, інженерії та інноваціях, на які вплинув дизайн, натхненний природою, для дітей і вчених.
- Імітація акулячої шкіри для купальника
- Поїзди-кулі, натхненні птахами-зимородками (як у Disney)
- Вітрові турбіни за зразком горбатих китів
- Жуки та самонаповнювальні пляшки
- Захоплюючий шок як дятел
- Камуфляж головоногих
- Системи вентиляції, створені за мотивами термітів
- Реактивні літаки, натхненні птахами
- Задирка і липучка
- Крила метелика та сонячна енергія
1. Купальник, що імітує шкіру акули
Акули - одні з найбільших морських хижаків. Хоча акули добре відомі своїм гострим нюхом і зубами, які швидко відновлюються, нові дослідження можуть вказати на те, що шкіра цього виду є його найбільш еволюційним активом.
Акуляча шкіра вкрита незліченною кількістю лусочок, які перекриваються, відомих як «дермальні зубці». Під час руху ці дермальні зубчики створюють зону низького тиску. Цей вихор передньої кромки фактично «тягне» акулу вперед і також допомагає зменшити опір. Варто сказати, що для такої конструкції існує маса застосувань.
Вчені повторили дермальні зубчики в купальниках (які зараз заборонені на великих змаганнях) і в нижній частині човнів. Купальники в стилі акулячої шкіри привернули багато уваги ЗМІ під час літніх Олімпійських ігор 2008 року, коли в центрі уваги сяяв Майкл Фелпс.
Відомо, що Speedo включив біоміметичну шкіру акули в лінію купальників для Олімпіади 2008 року. За даними Смітсонівського інституту, 98 відсотків медалей на Олімпійських іграх 2008 року завоювали плавці, одягнені в купальний костюм з акулячої шкіри. Відтоді технологія була заборонена на олімпійських змаганнях.
Аналогічно, поки багато водний Відомо, що акули містять на своєму тілі інших морських видів (наприклад, вусоногих), акули залишаються, так би мовити, відносно «чистими». Ці мікроскопічні шкірні зубчики також допомагають акулам відбиватися від мікроорганізмів, таких як водорості та вусоногі молюски. Відтоді Військово-морські сили Сполучених Штатів розробили матеріал, відомий як Sharklet, на основі цього візерунка шкіри, щоб допомогти пригнічувати ріст морських організмів на кораблях.
2. Поїзди-кулі, натхненні птахами-зимородками (як у Disney)
Птахи зимородки мають спеціалізовані дзьоби, які дозволяють їм занурюватися у воду для полювання, створюючи мінімальний бризок. Використовуючи цей новий ніс, поїзди наступного покоління серії 500 були на 10 відсотків швидшими, споживали на 15 відсотків менше електроенергії, і, що найважливіше, у них більше не було «буму».
Коли японські інженери взялися за складне завдання модернізації своїх високошвидкісних поїздів-куль, їх конструкція натрапила на одну прикру проблему. Проблема полягала не в тому, щоб налаштувати ці поїзди на бажану швидкість, а скоріше у величезній кількості шуму, створюваного переміщенням повітря попереду поїздів. Коли потяги входили в тунелі, транспортні засоби часто створювали гучну ударну хвилю, відому як «тунельний бум».
Потужність ударних хвиль навіть призвела до структурних пошкоджень кількох тунелів. Щоб мінімізувати цей бум, японські інженери імітували дзьоб птаха зимородка, який викликає мінімальні бризки, коли він потрапляє у воду. Завдяки цій новій формі носа поїзди були на 10 відсотків швидшими, споживали на 15 відсотків менше електроенергії, і, що найважливіше, більше не було «буму».
Цей тип інноваційного процесу називається штучним фотосинтезом, де біонічне листя створює водневе паливо з сонячного світла. Це має надію стати потенційним глобальним енергетичним проривом завдяки розщепленню води за допомогою електроенергії сонця.
Викидів від цього типу немає поновлюваний паливо
3. Вітрові турбіни за зразком горбатих китів
Горбатий кит, наприклад, використовує горбисті плавники для руху, що здається досить суперечливим. Ці кити вплинули на нові моделі вітрових турбін.
Кити, відомі як найбільша риба у світі, плавали в океані протягом тривалого часу, і еволюція перетворила їх у надефективну форму життя. Вони можуть занурюватися на сотні футів під поверхню і залишатися там годинами. Вони зберігають свій величезний розмір, харчуючись тваринами, меншими за межі ока, і рухаються за допомогою надзвичайно ефективних плавників і хвоста. Це стало можливим завдяки наявності його горба.
Хребти на передніх плавцях горбатого кита, які називаються горбками, впливають на те, як вода тече по плавцях. Він створює аеродинамічний потік у воді. Бугорки дозволяють їм плавати на високій швидкості, незважаючи на великі розміри.
Багато з наших сучасних аеродинамічних конструкцій спираються на базові принципи. Щоб отримати оптимальну підйомну силу та мінімальний опір, витончені краї та чіткі лінії є ключовими. Проте в усьому тваринному світі багато видів здатні на виняткову підйомну силу.
Вчені з Університету Дьюка, Вест-Честерського університету та Військово-морської академії США виявили, що нерівності на передньому краї китового плавника значно підвищують його ефективність, зменшуючи опір на 32 відсотки та збільшуючи підйомну силу на 8 відсотків. Ці налаштовані лопаті також допомагають генерувати таку саму кількість енергії на швидкості 10 миль на годину, яку виробляють звичайні турбіни на швидкості 17 миль на годину.
Компанії застосовують цю ідею до лопатей вітрових турбін, вентиляторів, крил літаків і пропелерів.
4. Жуки та самонаповнювальні пляшки для води
На цьому етапі ні для кого не секрет: доступ до води є ключовим для будь-кого сталого цивілізації та життя на цій планеті в цілому. Хоча деякі місця на земній кулі мають рясні водні ресурси, такі як озера та річки, більш посушливий клімат повинен задовольнятися обмеженою кількістю опадів.
Технологія, отримана від жука, який процвітає в одному з найсуворіших середовищ на Землі, цілком може допомогти почати наступне покоління чистих збирання води.
Жуки (жуки-стенокари), які мешкають у пустелі Наміб, виживають у сухому та суворому середовищі, збираючи воду на своїх спинах завдяки унікальній конструкції раковини. Вони також відомі як «головні збирачі води». Вони спрямовують свої крила в бік океанського бризу, а горбки на їхніх спинах спрямовують краплі води до рота.
Інженери створили пляшку для води з подібними горбиками для збору води та водовідштовхуванням. Цей проект може допомогти у збереженні води та зробити воду більш доступною для громад у посушливих регіонах.
Професіонали, які займаються збереженням природи або плануванням громади, можуть брати участь у кількох проектах збереження води, які включають цей метод біомімікрії. Близько 22 країн світу використовують мережі для збору води з повітря, тому таке підвищення ефективності може мати великий вплив.
5. Поглинаючи удари, як дятел
Дятли відомі своєю винятковою здатністю до копання. Істоти використовують свій дзьоб, щоб шукати комах, а також створювати собі затишні куточки, не отримуючи травм голови від швидкого та сильного клювання.
Коли дятли свердлять ці отвори, вони відчувають уповільнення на 1200 гравітаційних потягів (Gs) майже 22 рази на секунду. Якщо поглянути на це в перспективі, важка автомобільна аварія призведе до еквівалента 120 G на пасажира.
Дослідження, проведені за допомогою КТ в Каліфорнійському університеті в Берклі, виявили, що дятли мають чотири структури, призначені для поглинання механічних ударів. Напівеластичний дзьоб птаха, ділянка «губчастої кістки» позаду черепа та спинномозкова рідина працюють узгоджено, подовжуючи час, протягом якого відбувається цей струс, і таким чином пригнічують вібрацію.
Базуючись на цих конструкціях, аерокосмічні інженери часто використовують ці конструкції для розробки стійких до метеоритів космічних кораблів і чорних ящиків літаків, які можуть поглинати більше сили перед тим, як вийти з ладу. Цей природний дизайн також може допомогти авіаційним і аеронавігаційним інженерам розробити більш якісні технології в майбутньому.
6. Камуфляж головоногих
Кальмари, як і всі головоногі молюски, здатні світитися (біолюмінесценція), а також змінювати колір шкіри. Ця здатність до маскування дозволяє їм ховатися від хижаків, а біолюмінесценція дозволяє їм спілкуватися з партнером та/або залучати його. Ця складна поведінка створюється мережею спеціалізованих клітин шкіри та м’язів.
Дослідники з Університету Х’юстона створили подібний пристрій, здатний виявляти його оточення та порівнювати його за лічені секунди. Цей ранній прототип використовує гнучку піксельну сітку з приводами, датчиками світла та відбивачами. Коли світлові датчики виявляють зміну навколишнього середовища, сигнал надсилається на відповідний діод.
Це створює тепло в області, і термохроматична сітка змінює колір. Ця штучна «шкіра» може мати як військове, так і комерційне застосування.
7. Вентиляційні системи, натхненні термітами
Терміти часто отримують погану репутацію через свої руйнівні властивості. Однак терміти сумно відомі тим, що створили одні з найдосконаліших систем вентиляції для охолодження на планеті. Навіть у деяких із найспекотніших місць ці термітники залишаються надзвичайно прохолодними всередині. У той час як температура на вулиці шалено коливається протягом дня від низької до високої, всередині термітника тримається стабільна комфортна температура.
Використовуючи заплутану мережу навмисних повітряних кишень, кургани створюють природну систему вентиляції за допомогою конвекції. Це приклад того, як фахівці з будівництва та архітектури можуть використовувати природні елементи та стійкі матеріали для підвищення безпеки та якості будівельного проекту в жаркому кліматі.
Наприклад, торговий центр East Gate у Хараре, Зімбабве, має висоту 333,000 90 квадратних футів, використовує на XNUMX відсотків менше енергії для обігріву та охолодження, ніж традиційні будівлі, має великі димарі, які природним чином втягують холодне повітря вночі, щоб знизити температуру. плити перекриття, як термітники.
8. Натхненний птахами Струмені
Птахи можуть збільшити дальність польоту більш ніж на 70 відсотків за допомогою V-подібної форми. Вчені виявили, що коли зграя приймає звичну V-подібну форму, коли один птах змахує крилами, це створює невеликий висхідний потік, який піднімає птаха позаду.
Коли кожен птах пролітає, вони додають свою енергію до помаху, допомагаючи всім птахам підтримувати політ. Обертаючи свій порядок у стеку, вони розподіляють зусилля.
Група дослідників зі Стенфордського університету вважає, що пасажирські авіакомпанії можуть заощадити паливо, застосувавши таку ж тактику. Команда на чолі з професором Іланом Кроо передбачає сценарії, коли літаки з аеропортів Західного узбережжя зустрічаються та летять у строю на шляху до місць призначення на Східному узбережжі.
Подорожуючи у V-подібній формі з літаками, які чергуються попереду, як це роблять птахи, Кроо та його дослідники вважають, що літаки можуть використовувати на 15 відсотків менше пального порівняно з польотами самостійно.
9. Задирка і липучка
Широко відомим прикладом біомімікрії є липучка. Можливо, в дитинстві ви носили взуття на липучках, і ви, безсумнівно, можете сподіватися на те, щоб носити таке ж взуття на пенсії.
Липучки були винайдені швейцарським інженером Джорджем де Местралем у 1941 році після того, як він видалив задирки зі свого собаки та вирішив уважніше розглянути, як вони працюють.
Маленькі гачки, знайдені на кінцях голок, надихнули його на створення тепер всюдисущої липучки. Подумайте про це: без цього матеріалу світ не знав би стрибки на липучці — вид спорту, у якому люди, одягнені в повні костюми на липучках, намагаються підкинути своє тіло якомога вище на стіну.
10. Крила метелика і сонячна енергія
Метелик «звичайна троянда» нагріває своє тіло, поглинаючи сонячне світло своїми крилами. Вивчаючи його крила під електронним мікроскопом, дослідники виявили отвори в їхніх тілах, які розсіюють сонячне світло та зберігають тепло.
За допомогою цього механізму дослідники створили тонку кремнієву плівку, яка нагадувала 3D-модель крила метелика, і застосували її до сонячної батареї, покращивши її конструкцію в цілому. Цей новий енергетичний елемент часто може поглинати більше сонячного світла в умовах слабкого освітлення. Використовуючи цю технологію в сонячній промисловості, інженери можуть допомогти громадам і місцевим підприємствам збільшити їхню кількість стійка енергетика використання.
Висновок
Я маю надію, що, коли вчені більше зазирнуть у природний світ, щоб відповісти на людські запитання, вони все більше й більше почнуть бачити, що вкрай хибна ідея еволюції неможлива. Тепер ваша черга створити інновацію на основі чогось знайденого в природі! Будь творчим, скільки хочеш, і з дозволу батьків
Рекомендації
- 10 найкращих екологічно чистих виробників купальників
. - 8 доступних екологічно чистих подарунків для нього
. - Як будинки можуть бути екологічно чистими, незважаючи на сучасну естетику
. - 5 способів вести екологічний бізнес
. - Топ-10 наслідків танення льодовиків для навколишнього середовища
Ахамефула Есеншен — консультант з нерухомості, аналітик даних і автор контенту. Він є засновником HopeBlaze Foundation і випускником екологічного менеджменту в одному з престижних коледжів країни. Він одержимий читанням, дослідженнями та письмом.