Миллионы лет эволюции сформировали окружающий нас мир и создали множество невероятных вещей. Биомимикрия — это когда мы наблюдаем за чертой в природе и копируем ее или ее части для человеческих технологий и дизайна. Существует множество прекрасных примеров биомимикрии в действии.
Биомимикрия касается многих сфер человеческой деятельности. Начиная от медицины и заканчивая исследованиями, промышленностью, экономикой, архитектурой, городским планированием, сельским хозяйством и менеджментом. Этот список не является исчерпывающим, потому что биомимикрия — это, прежде всего, вопрос о том, как мы подходим к этим областям знаний. Следовательно, он может применяться более или менее непосредственно ко всем секторам.
Концепция биомимикрии основана на ключевой идее: природа всегда действует по принципам экономии и эффективности, не производя при этом отходов. Помните высказывание Лавуара: «Ничего не теряется, ничего не создаётся, всё трансформируется»? В этом и заключается суть. Независимо от области применения, биомиметическая философия является частью глобальной стратегии ответственного и устойчивого развития , направленной на сбалансированное использование ресурсов планеты.
Содержание
Что такое биомимикрия?
Биомимикрия (как следует из названия, это имитация живых существ) направлена на то, чтобы черпать вдохновение из естественного отбора и решений, принятых природой, и переводить принципы в человеческую инженерию. Это метод создания решений человеческих проблем путем имитации конструкций и идей, найденных в природе. Он используется везде: в зданиях, транспортных средствах и даже материалах.
Биомимикрия как подход — это прекрасное путешествие к тому, чему мы можем научиться у природы, и в процессе мы укрепляем наши отношения и связь с миром природы. Это жизненно важный элемент создания более устойчивого, здорового и справедливого мира для всех людей и всех видов. Поэтому мы подумали, что было бы интересно собрать несколько наиболее примечательных примеров.
10 Удивительные примеры биомимикрии для детей и ученых
Биомимикрия, как уже говорилось, черпает вдохновение в природе и природных системах, используя вдохновленные природой стратегии для улучшения дизайна. Через адаптацию и эволюцию персонаж тратит миллионы лет на то, чтобы найти выход из проблем, в результате чего появляются ошеломляющие инновации. Неэффективность не остается в одиночестве, и люди-инженеры и дизайнеры часто ищут там решения современных проблем.
Вот несколько крутых примеров биомимикрии в науке, технике и инновациях, на которые повлиял вдохновленный природой дизайн для детей и ученых.
- Подражание акульей коже для купальника
- Поезда-пули, вдохновленные птицами-зимородками (как в Диснее)
- Ветряные турбины по образцу горбатых китов
- Жуки и самонаполняющиеся бутылки с водой
- поглощающий шок, как дятел
- Камуфляж головоногих моллюсков
- Вентиляционные системы, вдохновленные термитами
- Самолеты, вдохновленные птицами
- Заусенец и липучка
- Крылья бабочки и солнечная энергия
1. Купальник, имитирующий акулу
Акулы - одни из величайших хищников морей. Хотя акулы хорошо известны своим острым обонянием и быстро регенерирующими зубами, новые исследования могут указать на то, что кожа этого вида является его наиболее эволюционным достоянием.
Кожа акулы покрыта бесчисленными перекрывающимися чешуйками, известными как «дермальные зубчики». При движении эти дермальные зубчики создают зону низкого давления. Этот вихрь на передней кромке по существу «тянет» акулу вперед, а также помогает уменьшить сопротивление. Излишне говорить, что есть много приложений для такой конструкции.
Ученые воссоздали кожные зубчики в купальниках (которые теперь запрещены на крупных соревнованиях) и на днище лодок. Купальники, вдохновленные акульей кожей, привлекли большое внимание СМИ во время летних Олимпийских игр 2008 года, когда в центре внимания был Майкл Фелпс.
Speedo, как известно, включила биомиметическую акулью кожу в линию купальников для Олимпийских игр 2008 года. По данным Смитсоновского института, 98 процентов медалей на Олимпийских играх 2008 года были завоеваны пловцами в купальниках из акульей кожи. С тех пор технологии были запрещены к участию в олимпийских соревнованиях.
Аналогично, хотя многие водные виды, как известно, содержат на своем теле другие морские организмы (например, ракообразных), акулы остаются, так сказать, относительно «чистыми». Эти микроскопические кожные зубчики также помогают акулам отпугивать микроорганизмы, такие как водоросли и ракообразные. С тех пор ВМС США разработали материал, известный как Sharklet, основанный на этом кожном рисунке, чтобы предотвратить рост морских организмов на кораблях.
2. Скоростные поезда, вдохновленные птицами-зимородками (как в Диснее)
Зимородки имеют специальные клювы, которые позволяют им нырять в воду для охоты, производя при этом минимальный всплеск. Используя этот новый нос, поезда следующего поколения серии 500 были на 10 процентов быстрее, потребляли на 15 процентов меньше электроэнергии и, что наиболее важно, у них больше не было «стрелы».
Когда японские инженеры взялись за сложную задачу модернизации своих высокоскоростных сверхскоростных пассажирских экспрессов, их конструкция столкнулась с одной досадной загвоздкой. Проблема заключалась не в том, чтобы разогнать эти поезда до желаемой скорости, а в огромном количестве шума, создаваемого перемещением воздуха перед поездами. Когда поезда въезжали в туннели, транспортные средства часто производили громкую ударную волну, известную как «тоннельный грохот».
Сила ударных волн даже вызвала структурные повреждения нескольких тоннелей. Чтобы свести к минимуму этот удар, японские инженеры сымитировали клюв зимородка, который вызывает минимальный всплеск при входе в воду. Создавая эту новую форму носа, поезда стали на 10 процентов быстрее, потребляли на 15 процентов меньше электроэнергии и, что самое главное, перестали «гудеть».
Этот тип инновационного процесса называется искусственным фотосинтезом, когда бионический лист создает водородное топливо из солнечного света. Есть надежда, что это станет потенциальным глобальным энергетическим прорывом за счет расщепления воды с использованием солнечного электричества.
Этот вид возобновляемого топлива не производит выбросов.
3. Ветряные турбины по образцу горбатых китов
Горбатый кит, например, использует неровные бугорчатые плавники для движения, что кажется довольно нелогичным. Эти киты повлияли на новые модели ветряных турбин.
Киты, известные как самые большие рыбы в мире, уже давно плавают по океану, и эволюция превратила их в сверхэффективную форму жизни. Они могут нырять на сотни футов под поверхность и оставаться там часами. Они поддерживают свой массивный размер, питаясь животными меньше, чем может видеть глаз, и они обеспечивают свои движения сверхэффективными плавниками и хвостом. Это стало возможным благодаря наличию его горбача.
Ребра на передних плавниках горбатого кита, называемые бугорками, влияют на то, как вода течет по плавникам. Он создает аэродинамический поток в воде. Бугорки позволяют им плавать с большой скоростью, несмотря на их большие размеры.
Многие из наших современных аэродинамических конструкций опираются на довольно простые принципы. Для достижения оптимальной подъемной силы и минимального сопротивления гладкие края и четкие линии являются ключевыми. Однако во всем царстве животных многие виды способны к исключительной подъемной силе.
Ученые из Университета Дьюка, Западного Честерского университета и Военно-морской академии США обнаружили, что выпуклости на передней кромке китового плавника значительно повышают его эффективность, уменьшая сопротивление на 32 процента и увеличивая подъемную силу на 8 процентов. Эти отрегулированные лопасти также помогают генерировать такое же количество энергии на скорости 10 миль в час, как обычные турбины генерируют на скорости 17 миль в час.
Компании применяют эту идею к лопастям ветряных турбин, охлаждающим вентиляторам, крыльям самолетов и пропеллерам.
4. Жуки и самонаполняющиеся бутылки с водой
На данном этапе ни для кого не секрет: доступ к воде имеет решающее значение для любой устойчивой цивилизации и жизни на этой планете в целом. Хотя в некоторых местах на земном шаре имеются богатые водные ресурсы, такие как озера и реки, в более засушливых регионах приходится обходиться ограниченным количеством осадков.
Технологии, разработанные на основе технологий жука, обитающего в одной из самых суровых сред на Земле, вполне могут положить начало новому поколению систем сбора чистой воды.
Жуки (жуки-стенокара), обитающие в пустыне Намиб, выживают в сухой и суровой среде, собирая воду на спине благодаря уникальной конструкции панциря. Они также известны как «главные сборщики воды». Они направляют свои крылья к океанскому бризу, а шишки на их спинах направляют капли воды ко рту.
Инженеры создали бутылку для воды с такими же водосборными и водоотталкивающими выступами. Этот проект может помочь в усилиях по сохранению воды и сделать воду более доступной для жителей засушливых регионов.
Профессионалы в области сохранения или общественного планирования могут участвовать в нескольких проектах по сохранению воды, в которых используется этот метод инженерии биомимикрии. Около 22 стран мира используют сети для сбора воды из воздуха, поэтому такое повышение эффективности может иметь большое значение.
5. Поглощение шока, как дятел
Дятлы известны своей исключительной способностью копать землю. Существа используют свои клювы для добычи насекомых, а также для создания укромных мест для себя, не получая травм головы от быстрого и сильного клевания.
Когда дятлы проделывают эти отверстия, они испытывают замедление в 1200 гравитационных притяжений (G) почти 22 раза в секунду. Чтобы представить это в перспективе, тяжелая автомобильная авария доставит пассажиру эквивалентную 120 Gs.
Исследования, проведенные с использованием компьютерной томографии в Калифорнийском университете в Беркли, показали, что дятлы имеют четыре структуры, предназначенные для поглощения механических ударов. Полуэластичный клюв птицы, область «губчатого костного» материала за черепом и спинномозговая жидкость работают в унисон, чтобы увеличить время, в течение которого происходит это сотрясение, и, следовательно, подавлять вибрацию.
Основываясь на этих структурах, аэрокосмические инженеры часто используют эти конструкции для проектирования устойчивых к метеоритам космических кораблей и черных ящиков самолетов, которые могут поглощать больше силы, прежде чем выйти из строя. Этот естественный дизайн также может помочь авиационным и авиационным инженерам разрабатывать более качественные технологии в будущем.
6. Головоногий камуфляж
Кальмары, как и все головоногие, способны светиться (биолюминесценция), а также менять цвет кожи. Эта способность к маскировке позволяет им прятаться от хищников, а биолюминесценция позволяет им общаться с партнером и/или привлекать его. Это сложное поведение создается сетью специализированных клеток кожи и мышц.
Исследователи из Университета Хьюстона создали аналогичное устройство, способное обнаруживать окружающую среду и сопоставлять ее за считанные секунды. В этом раннем прототипе используется гибкая пиксельная сетка с исполнительными механизмами, датчиками света и отражателями. Когда датчики света обнаруживают изменение в окружающей обстановке, на соответствующий диод подается сигнал.
Это создает тепло в этой области, а затем термохроматическая сетка меняет цвет. Эта искусственная «кожа» может иметь как военное, так и коммерческое применение в будущем.
7. Системы вентиляции, вдохновленные термитами
Термиты часто получают плохую репутацию из-за их разрушительных свойств. Однако термиты печально известны созданием одних из самых сложных вентиляционных систем для охлаждения на планете. Даже в самых жарких местах эти термитники остаются исключительно прохладными внутри. В то время как температура снаружи резко колеблется в течение дня от низкой до высокой температуры, внутри логова термитов сохраняется комфортная температура.
Благодаря сложной сети специально созданных воздушных полостей, эти насыпи формируют естественную систему вентиляции за счет конвекции. Это пример того, как специалисты в области строительства и архитектуры могут использовать природные элементы и экологически чистые материалы для повышения безопасности и качества строительных проектов в жарком климате.
Например, торговый центр East Gate в Хараре, Зимбабве, площадью 333,000 90 квадратных футов, использует на XNUMX процентов меньше энергии для обогрева и охлаждения, чем традиционные здания, имеет большие дымоходы, которые естественным образом втягивают прохладный воздух ночью, чтобы снизить температуру в помещении. напольные плиты, как термитники.
8. Вдохновленный птицами Струи
Птицы могут увеличить дальность своего полета более чем на 70 процентов с помощью V-образной формы. Ученые обнаружили, что когда стая принимает знакомую V-образную форму, когда одна птица взмахивает крыльями, создается небольшой восходящий поток, который поднимает птицу сзади.
Когда каждая птица пролетает, они добавляют свою энергию к удару, помогая всем птицам поддерживать полет. Чередуя свой заказ в стеке, они распределяют нагрузку.
Группа исследователей из Стэнфордского университета считает, что пассажирские авиалинии могли бы добиться экономии топлива, приняв ту же тактику. Команда под руководством профессора Илана Кроо предлагает сценарии, в которых самолеты из аэропортов западного побережья встречаются и летят строем по пути к пунктам назначения на восточном побережье.
Кру и его исследователи считают, что, путешествуя по V-образной траектории с самолетами, чередующимися впереди, как птицы, самолеты могут потреблять на 15 процентов меньше топлива по сравнению с полетом в одиночку.
9. Заусенец и липучка
Липучка — широко известный пример биомимикрии. Возможно, в детстве вы носили обувь с ремешками на липучке, и вы, безусловно, можете рассчитывать на то, что будете носить такую же обувь на пенсии.
Липучки были изобретены швейцарским инженером Жоржем де Местралем в 1941 году после того, как он снял колючки со своей собаки и решил поближе познакомиться с тем, как они работают.
Маленькие крючки, найденные на концах игл, вдохновили его на создание теперь вездесущей липучки. Подумайте об этом: без этого материала мир не знал бы прыжков на липучке — вида спорта, в котором люди, одетые в полные костюмы на липучке, пытаются бросить свое тело как можно выше на стену.
10. Крылья бабочки и солнечная энергия
Бабочка «обыкновенная роза» нагревает свое тело, поглощая крыльями солнечный свет. Изучая его крылья под электронным микроскопом, исследователи обнаружили отверстия в их телах, которые рассеивали солнечный свет и сохраняли тепло.
С помощью этого механизма исследователи создали тонкую кремниевую пленку, напоминающую трехмерную модель крыла бабочки, и нанесли ее на солнечную энергетическую ячейку, улучшив ее конструкцию в целом. Эта новая энергетическая ячейка часто могла поглощать больше солнечного света в условиях низкой освещенности. Используя эту технологию в солнечной энергетике, инженеры могут помочь местным сообществам и предприятиям увеличить использование экологически чистой энергии.
Заключение
Я надеюсь, что по мере того, как ученые будут больше изучать мир природы, чтобы ответить на человеческие вопросы, они начнут все больше и больше понимать, что крайне ошибочная идея эволюции невозможна. Теперь ваша очередь создать инновацию на основе чего-то, найденного в природе! Будьте настолько изобретательны, насколько хотите, и с разрешения родителей
СОВЕТЫ
- Топ-10 производителей экологически чистых купальников
. - 8 доступных экологически чистых подарков для него
. - Как дома могут быть экологичными, несмотря на современную эстетику
. - 5 способов вести экологически чистый бизнес
. - 10 главных последствий таяния ледников для окружающей среды
Ahamefula Ascension — консультант по недвижимости, аналитик данных и автор контента. Он является основателем фонда Hope Ablaze Foundation и выпускником одного из престижных колледжей страны по специальности «Управление окружающей средой». Он одержим чтением, исследованиями и письмом.