Brytyjski architekt Michael Pawlyn uważa przyrodę za „katalog produktów”, z których wszystkie, wyjaśnia w TED Talk, „skorzystały z 3, 8 miliarda lat badań i rozwoju”.
„Biorąc pod uwagę ten poziom inwestycji”, dodaje, „warto go używać”.
Podczas gdy nowa technologia może czasem wydawać się dziwna, początkowo niemal pozaziemska, przyszłość innowacji faktycznie wymaga od badaczy lepszego zrozumienia otaczającego nas świata przyrody. I wynalazcy nadrabiają zaległości, z coraz większą popularnością biomimikrii lub procesem projektowania produktów tak, aby działały jak zwierzęta i rośliny po dopracowaniu ewolucji. Od krewetek modliszki po rożen pszczeli, inżynierowie nie pozostawiają kamienia obróconego, jeśli chodzi o inspirację.
Oto pięć ostatnich odkryć w świecie przyrody, które mogą kiedyś doprowadzić do nowych wynalazków.
Krewetki modliszki mają super twardy pancerz wykonany z odpornej na uderzenia mikrostruktury.
Krewetki modliszki to zadziorne małe diabły, które nie wycofują się z walki - nawet z własnym rodzajem. Co ciekawe, dwie krewetki modliszki mogą wykopać je i pozostać nietknięte później. To dlatego, że twarde maleńkie myśliwce są pokryte super-silną zbroją na plecach. Pancerz, zwany telsonem, wygląda i działa jak tarcza, zachodząc na siebie, gdy spływają kaskadowo po ogonie skorupiaka.
Badacze z University of California w Riverside zbadali budowę i mechanikę tych telsonów i odkryli, że kluczem do ich wytrzymałości wydaje się spiralne rusztowanie pod każdą tarczą. W ostatnich badaniach w czasopiśmie Advanced Functional Materials inżynierowie i ich koledzy wyjaśniają, że struktura helikoidalna zapobiega narastaniu pęknięć i łagodzi skutki silnego uderzenia. Podobna architektura jest znana z tego, że istnieje w szponach krewetek, służących do zadawania ciosów wszelkim zagrożeniom na jego terytorium. Krewetki wyraźnie ewoluowały z doskonałej zbroi.
Pewnego dnia możemy zobaczyć tego rodzaju odporną na uderzenia mikrostrukturę, którą naukowcy opatentowali w 2016 r., W sprzęcie sportowym, pancerzu dla policji i wojska, dronach, łopatach turbin wiatrowych, materiałach kosmicznych, samochodach, pojazdach wojskowych, samolotach, śmigłowcach, rowery i statki morskie. Zasadniczo David Kisailus, profesor inżynierii chemicznej i środowiskowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside i autor badania, wyjaśnia w e-mailu do magazynu Smithsonian: „Wszędzie gdzie jest mniejsza waga jest krytyczna, ale wymagana jest wytrzymałość i wytrzymałość”.
Kisailus uważa, że w najbliższym czasie odkrycie to będzie miało największy wpływ na artykuły sportowe, ponieważ czas na wprowadzenie na rynek produktów takich jak kaski i ochraniacze goleni jest krótszy niż w przypadku samolotów komercyjnych. Naukowcy wykonali prototypowy hełm do użytku budowlanego, a także do piłki nożnej. Ale Kisailus dodaje: „w dłuższej perspektywie uważam, że większy, bardziej globalny wpływ będzie miał na transport, ponieważ zmniejszenie masy przy wyższej wytrzymałości zmniejszy zużycie paliwa i emisje”.
Nasiona mniszka lekarskiego ujawniają nowo odkrytą formę naturalnego lotu.
Forma lotu, której nie widziano wcześniej, została odkryta w badaniu mlecze. (Cathal Cummins) Sposób, w jaki nasiona mniszka lekarskiego bez wysiłku dryfują na wietrze, łapiąc lśniące światło słoneczne, gdy spadają na ziemię, ma pewne uproszczone piękno, które byłoby trudne do zdobycia. Ale, jak naukowcy odkryli zeszłej jesieni, niewidzialna ścieżka, którą pozostawiają delikatne włosie spadochronu, jest jeszcze bardziej zadziwiająca - a badanie jej może prowadzić do naprawdę fajnych postępów w monitorowaniu lotu drona i monitorowania zanieczyszczenia powietrza.
Badacze wiedzieli, że mechanizmem, który tak łatwo przenosił nasiona, była delikatna korona z włókien kości słoniowej, które przypominają miotłę kominiarza. Nie byli do końca pewni, jak działa ten podobny do spadochronu puch, biorąc pod uwagę, że pakiet nasion mniszka lekarskiego składa się głównie z pustej przestrzeni. Tak więc naukowcy z University of Edinburgh stworzyli tunel aerodynamiczny, aby przetestować nasiona, i odkryli w ten sposób „nową klasę zachowania płynów”, donosi James Gorman dla New York Times . Powietrze przepływa przez włókna i pozostawia za sobą wirujący ślad powietrza lub tzw. Oddzielony pierścień wirowy. Pierścień zwiększa opór nasion, dzięki czemu lot jest czterokrotnie bardziej wydajny niż w przypadku konwencjonalnego spadochronu.
Naukowcy, którzy wyjaśnili to odkrycie w badaniu opublikowanym w Nature, mają nadzieję, że zainspiruje inżynierów do wynalezienia małych samobieżnych dronów, które latałyby w niewielkim stopniu lub wcale.
„Inspirowany mniszkiem lekarskim pakiet szczecin może być używany do unoszenia się w powietrzu, nosząc coś w rodzaju aparatów fotograficznych lub czujników zamiast nasion”, mówi Naomi Nakayama, biolog z University of Edinburgh i autorka badań w: e-mail do Smithsonian . „Podobnie jak mniszek lekarski, mogą pozostawać na powierzchni przez długi czas, będąc w stanie monitorować i rejestrować jakość powietrza, kierunek wiatru lub prędkość, a być może niektóre ludzkie działania, bez zauważania, że są w pobliżu, ponieważ są tak małe”.
Rekiny Mako są szybkie ze względu na ich elastyczne łuski.
To jest zdjęcie łuski rekina krótkopłetwego mako o długości około 0, 2 milimetra. Przedni rząd łusek został ręcznie najeżony pod maksymalnym kątem około 50 stopni. (Phil Motta na University of South Florida) Rekiny Mako są dziwacznie szybkie, dlatego czasami nazywane są gepardami morza. Mogą osiągać prędkość od 70 do 80 mil na godzinę. Ale skąd oni tak szybko? Odpowiedź leży w małych łuskach na boku i płetwach. Ale dokładnie to, w jaki sposób ich gładka skóra pomaga ich prędkości, jest przedmiotem szczególnego zainteresowania inżynierów lotniczych, dzięki funduszom od Boeinga i armii amerykańskiej, którzy chcą zaprojektować nowy materiał w celu zmniejszenia oporu i zwiększenia zwinności samolotów, zgodnie z komunikatem prasowym American Physical Society .
Elastyczne łuski na bokach i płetwach mako mają długość zaledwie jednej piątej milimetra. Gdybyś głaskał rekina jak kot, od głowy do ogona ( Uwaga redaktora: Nie zalecamy tego )., Jego łuski byłyby gładkie. Ale gdybyś przesunął rękę w przeciwnym kierunku, skóra wyglądałaby bardziej jak papier ścierny, z łuskami wygiętymi do tyłu pod maksymalnym kątem 50 stopni w zależności od położenia ciała, z najbardziej elastycznymi łuskami za skrzela. Zgodnie z komunikatem prasowym elastyczność wagi utrzymuje przepływ zbliżający się do skóry, zapobiegając tak zwanemu „rozdzielaniu przepływu”.
Separacja przepływu jest także wrogiem numer jeden, jeśli chodzi o samoloty. Koncepcję tę można łatwo zademonstrować, wystawiając dłoń z ruchomego okna samochodu dłonią skierowaną w stronę wiatru. Twoja dłoń jest pod większym naciskiem niż grzbiet dłoni, więc twoja ręka jest popychana do tyłu. Dzieje się tak, ponieważ przepływ powietrza rozdziela się po bokach dłoni, tworząc obszar niskiego ciśnienia lub obudź się za dłonią. Jednak separacja przepływu może nadal zachodzić na bardziej usprawnionym ciele, takim jak rekin. W tym miejscu pojawiają się łuski: pomagają kontrolować przepływ, zmniejszając w ten sposób opór i pozwalając zwierzęciu pływać szybciej i z większą zwrotnością.
„Spekulujemy, że w pewnym momencie moglibyśmy zaprojektować taśmę, która mogłaby zostać strategicznie zastosowana na powierzchniach samolotów, takich jak łopaty wirnika śmigłowca, skrzydła lub niektóre miejsca na kadłubie, w których występuje separacja przepływu, powodując wzrost oporu lub spadek wydajności lub zwrotność ”- mówi Amy Lang, inżynier lotnictwa z University of Alabama, który przedstawił pracę podczas marcowego spotkania American Physical Society March w Bostonie, w e-mailu do Smithsoniana .
Lang otrzymała patent w 2014 r., Który według niej był „oparty na wczesnych koncepcjach, jak funkcjonuje skóra rekina i jak możemy zastosować to do zaprojektowanej powierzchni”. Ona i jej zespół tworzą wydrukowane w 3D modele skóry rekina mako i mają nadzieję aby uzyskać więcej wyników z testowania ich w tunelach wiatrowych i wodnych w ciągu następnego roku. „Mamy nadzieję, że w naszej współpracy z przemysłem złożymy zaktualizowany patent, ponieważ sztuczna powierzchnia jest opracowywana do prawdziwych zastosowań”, dodaje.
Pszczoły łączą plwocinę i olejek kwiatowy, aby stworzyć klej.
Pszczoły miodne latają od kwiatu do kwiatu, zbierając pyłek i przechowując go na ciele, aby wrócić do ula. A co, jeśli przeszkadza niespodziewany letni deszcz? Nigdy się nie bój, pszczoły mają na to rozwiązanie: lepką zawiesinę ich plwociny i olejków z kwiatów, które zmieniają pyłek w wodoodporne granulki. Nauka leżąca u podstaw tej lepkiej kombinacji może nawet zainspirować zaawansowane technologicznie kleje, które przyklejają się, kiedy chcesz, ale także uwalniają w razie potrzeby.
„Chcieliśmy wiedzieć, czy pyłek może pozostać tak mocno przywiązany do tylnych nóg pszczoły, jak pszczoły zdołają je usunąć po powrocie do ula” - powiedział Carson Meredith, inżynier z Georgia Tech i główny autor badanie opublikowane w Nature Communications w marcu w komunikacie prasowym.
Zasadniczo działa to w ten sposób: ślina pszczoły jest trochę lepka na początku z powodu nektaru, który piją. Mierzeja pokrywa pyłek, gdy zbierają go pszczoły. Następnie oleje z kwiatów pokrywają śliską kulkę pyłku. Ta technika nakładania warstw jest idealną miksturą do odstraszania nieprzewidzianej wilgoci.
„Działa podobnie do warstwy oleju do gotowania pokrywającej kałużę syropu”, powiedziała Meredith w komunikacie. „Olej oddziela syrop od powietrza i znacznie spowalnia suszenie.”
Wydaje się również, że szybkość jest kluczowym czynnikiem. Sprowadza się to do tak zwanej reakcji wrażliwej na szybkość, co oznacza, że „im szybciej siła próbuje ją usunąć, tym bardziej byłaby odporna”, zgodnie z komunikatem prasowym. Kiedy więc pszczoły wykonują skoordynowane, powolne ruchy tylnymi łapami, aby usunąć kulki pyłku, łatwo zejdą. Ale jeśli spadająca swobodnie kropla deszczu zderzy się z jedną z kul, przylega intensywniej.
Zastosowania takiego kleju różnią się znacznie. Meredith wyjaśnia w e-mailu dla magazynu Smithsonian, że bioinspirujący klej rozwijałby się w obszarach, w których wytrzymałość nie jest najwyższym priorytetem, ale „gdzie przyczepność musi być dostosowana, dostosowująca się, reagująca na bodźce lub w połączeniu z innymi właściwościami, takimi jak jadalność, biokompatybilność lub odporność na wilgoć. ”
Współpracuje z firmami medycznymi i kosmetycznymi. (Jeśli kiedykolwiek zdarzyło Ci się usuwać uparty wodoodporny makijaż, rozumiesz zapotrzebowanie na rozwiązanie.) „Na tych polach często chce się przyczepności, która w pewnych okolicznościach może utrzymywać powierzchnie razem, ale może zostać uwolniona na żądanie lub kiedy określony warunek (szybkość, siła, wilgotność) został przekroczony ”- wyjaśnia. „Obejmuje to możliwość przenoszenia małych cząstek z jednego miejsca do drugiego, np. Podczas nakładania makijażu lub dostarczania leku do określonej tkanki w ciele.”
To nie wszystko: te granulki pyłku są naturalnie jadalne, więc można je również stosować w żywności, być może do „artykułów dekoracyjnych na torcie lub deserze lub do przylegających cząstek zawierających dodatki spożywcze o smaku, składnikach odżywczych, konserwantach, kolorze itp. ”, Wyjaśnia Meredith.
Koty są ekspertami w pielęgnacji z powodu pustych brodawek na swoich językach.
(Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images) Koty spędzają sporo czasu na lizaniu się. Okazuje się, że ich język ewoluował pod kątem maksymalnej skuteczności pielęgnacji - i może faktycznie pomóc nam w lepszych szczotkach do włosów, a nawet zainspirować postępy w dziedzinie miękkiej robotyki i nowych rodzajów technologii czyszczenia.
Klasycznie język papieru ściernego kota jest pokryty kątowymi kolcami zwanymi brodawkami, które są wykonane z keratyny lub tego samego twardego materiału naszych paznokci. Tę część języka zainteresowali badacze z Georgia Institute of Technology, aby dowiedzieć się, w jaki sposób tak łatwo rozprowadza wilgoć w futrze kota.
Okazuje się, że brodawki nie są w rzeczywistości kolczaste, ani nie mają kształtu stożka, jak zakładają wcześniejsze badania. Raczej, jak inżynierowie z Georgia Institute of Technology opisali w badaniu w Proceedings of National Academy of Sciences, mają kształt czerpaka z dwoma pustymi końcami. Zespół odkrył, że ten kształt powoduje napięcie powierzchniowe, które blokuje krople śliny, dopóki nie nadejdzie czas na czyszczenie. I te języki mogą pomieścić dużo płynu. Gdy zespół poddał testom kocie języki - ofiarowane pośmiertnie - odkrył, że każda brodawka może pomieścić około 4, 1 mikrolitra wody, ale wystarczy na język, aby rozprowadzić około jednej piątej szklanki wody przez futro zwierzęcia w dzień, według National Geographic .
Brodawki atakują również węzeł z czterech różnych kierunków - idealny do skutecznego rozplątywania. Naukowcy stworzyli nawet inspirowaną językiem szczotkę do pielęgnacji włosów (TIGR) przy użyciu modeli 3D kocich języków. Złożyli wniosek o patent na pędzel, który można wykorzystać do nakładania leków lub rozprowadzania pozostawionych szamponów i odżywek w futrze dla zwierząt domowych w celu zmniejszenia alergenów.
Zespół przewiduje inne aplikacje. „Unikalny kształt kręgosłupa może zostać zaimplementowany w miękkiej robotyce w celu ułatwienia chwytu - wcześniejsze badania wykazały, że mikro-haczyki doskonale nadają się do chwytania porowatych, sztywnych powierzchni”, mówi Alexis Noel, inżynier badań w Georgia Tech Research Institute i autor badań, w wiadomości e-mail. Dodaje, że może być nawet nowatorski sposób na tusz do rzęs.
