Pierwszą rzeczą, jaką zauważasz w dziale zbiorów entomologii, w dziale Lepidoptera w Smithsonian's Museum of Natural History, jest słaby, nieuchwytnie znajomy zapach. Mothballs. Przez chwilę zastanawiałem się nad kosmiczną ironią kulek moli w pokoju pełnym ćm (i motyli, linii ćmy ewoluowało do latania w ciągu dnia), zanim zwróciłem się do Boba Robbinsa, entomologa badawczego. „Jest wiele owadów, które zjadają suszone owady” - powiedział - „więc tradycyjnie powstrzymywałeś te szkodniki za pomocą naftalenu lub mothballs”.
Z tej historii
[×] ZAMKNIJ
Naukowcy są przekonani, że opalizujące skrzydła motyla morphos mogłyby zostać wykorzystane w technologii z korzyścią dla ludzi
Wideo: Jak skrzydła motyla inspirują innowacje
powiązana zawartość
- Inspirowany materiałem muszli może uczynić kaski i pancerze bezpieczniejszymi
- Projekt samolotu zainspirowany naturą i włączony przez technologię
- Naukowcy tworzą robaka podobnego do robaka, który może poruszać się po ziemi
- Kiedy zwierzęta inspirują wynalazki
- Jak natura czyni nas mądrzejszymi
Mothballs zostały wycofane (na rzecz zamrażania nowych okazów w celu zabicia wszelkich szkodników), ale ten trwały zapach, a także niekończące się szuflady owadów przypięte pod szkłem i starannie ustawione w szeregu stalowych szafek dla taksonomicznej potomności, tylko zwiększa poczucie wieku w wyciszonej komnacie. Czas wydaje się stać nieruchomy jak miliony okazów.
Ale przedzieraj się przez te szuflady, przez dokładnie rozmieszczone eskadry jaskółczych ogonów i ćm słońca, i zaczyna się tworzyć inny pomysł: To nie jest uśpione repozytorium, ale laboratorium, które bada wyjątkowo udane przedsięwzięcie. Przez około 150 milionów lat te „produkty” były bezwzględnie prototypowane, testowane na rynku, ulepszane, udoskonalane i w inny sposób wprowadzane nowe i ulepszane wraz ze zmianą otaczającego ich świata. Każdy z tych delikatnych okazów stanowi pakiet innowacji czekających na zrozumienie i dostosowanie.
Taka jest idea coraz bardziej wpływowej dyscypliny biomimikrii: że my, ludzie, którzy staramy się robić rzeczy tylko na mgnienie oka ewolucyjnego, możemy wiele nauczyć się na podstawie długich procesów doboru naturalnego, czy to jak uczynić skrzydło bardziej aerodynamicznym, miasto bardziej sprężystym lub wyświetlacz elektroniczny bardziej dynamiczny. Ponad dekadę temu mark MIT Mark Miles zajmował się mikroelektromechaniką i przetwarzaniem materiałów. Przeglądając magazyn naukowy, zatrzymał go artykuł o tym, jak motyle generują kolor na skrzydłach. Na przykład lśniący błękit opalizujący różnych gatunków Morpho nie pochodzi z pigmentu, ale z „koloru strukturalnego”. Skrzydła te składają się z nanoskalowego zestawu gontów, których kształt i odległość od siebie są ułożone w precyzyjny wzór, który zakłóca długości fali światła odblaskowego, aby uzyskać jasny błękit. Stworzenie tego samego niebieskiego pigmentu wymagałoby znacznie więcej energii - energii lepiej wykorzystywanej do latania, karmienia i rozmnażania.
Miles zastanawiał się, czy tę zdolność można w jakiś sposób wykorzystać. Gdzie jeszcze możesz chcieć niesamowicie żywych kolorów w cienkim opakowaniu? Oczywiście: na wyświetlaczu urządzenia elektronicznego. Qualcomm, który nabył firmę, którą Miles założył w celu opracowania technologii, zastosował ją w swoim wyświetlaczu Mirasol. „Wykorzystujemy zjawisko interferencji optycznych” - mówi Brian Gally, starszy dyrektor ds. Zarządzania produktem w Qualcomm. Pod szklaną powierzchnią czai się szeroki wachlarz modulatorów interferometrycznych, zasadniczo mikroskopijnych (10 do 50 mikronów kwadratowych) zwierciadeł, które poruszają się w górę i w dół, w mikrosekundach, w celu uzyskania odpowiedniego koloru.
Podobnie jak skrzydła motyla, „wyświetlacz zabiera wokół nas białe światło otoczenia, białe światło lub światło słoneczne, a poprzez interferencję odeśle nam kolorowy obraz” - mówi Gally. W przeciwieństwie do konwencjonalnych ekranów LCD Mirasol nie musi generować własnego światła. „Jasność wyświetlacza jest automatycznie skalowana wraz z oświetleniem otoczenia.” W rezultacie Mirasol zużywa jedną dziesiątą mocy czytnika LCD. Qualcomm wykorzystał wyświetlacz w e-czytniku i oferuje go na licencji innym firmom.
Mimo że biomimetyka inspiruje ludzkie innowacje od dziesięcioleci - jednym z najczęściej cytowanych przykładów jest rzep, który szwajcarski inżynier Georges de Mestral opatentował w 1955 r. Po zbadaniu, jak worki przylegają do jego ubrań - lepsza technologia i bardziej szczegółowe badania umożliwiły coraz bardziej złożone adaptacje . Oprogramowanie do projektowania stworzone przez niemieckiego badacza Clausa Matthecka - i stosowane w samochodach Opla i Mercedesa - odzwierciedla sposób, w jaki drzewa i kości rozkładają siłę i obciążenia. Wachlarz stworzony przez Pax Scientific zapożycza od wzorów wirujących wodorostów, łodzików i trąb, aby bardziej efektywnie poruszać powietrzem. Nawadniana słoną wodą szklarnia na pustyni Katar będzie wykorzystywać sztuczki kondensacji i parowania zebrane z nosa wielbłąda. Teraz, po części dzięki ciągłym innowacjom w produkcji w nanoskali, producenci wprowadzają na rynek coraz szerszą gamę produktów.
Biomimetyka sama w sobie nie jest produktem, ale procesem, wykorzystującym naturalne organizmy i procesy w celu pobudzenia innowacji. Tim McGee, biolog i członek Biomimicry 3.8, firmy konsultingowej z Montany, mówi, że organizacje, a nawet miasta, mogą szukać inspiracji w ekosystemach. W Lavasie - opisanej przez deweloperów jako „pierwsze planowane miasto na wzgórzu w Indiach”, którzy mają nadzieję wybudować tam domy dla ponad 300 000 ludzi - gildia skonsultowała się z architektami krajobrazu. Tak więc strategia sadzenia obejmowała drzewa liściaste, tworząc baldachim, aby złapać, a następnie odzwierciedlać, poprzez odparowanie, prawie jedną trzecią monsunowego deszczu, który go uderza. Ten efekt działa „jak silnik napędzający monsun w głąb lądu”, mówi McGee, co pomaga w zapobieganiu suszom. Wydajny hydrodynamicznie kształt liści drzewa banyan wpłynął na konstrukcję lepszej gontowej dachówki, podczas gdy systemy kierowania wody zainspirowane były sposobami mrówek zbierających wodę z dala od gniazd. Pierwsze „miasto” w Lavasa zostało ukończone, a kolejne cztery mają powstać do 2020 r.
Wszyscy mówią o sposobach zmniejszenia śladu ludzkiego lub uzyskania efektu „zero netto”. Ale natura, mówi McGee, zwykle idzie o krok dalej: „Prawie nigdy nie jest zerowy - wynik z tego systemu jest zwykle korzystny dla wszystkiego, co go otacza”. A gdybyśmy mogli zbudować nasze miasta w ten sam sposób? „Co jeśli w Nowym Jorku, kiedy padał deszcz, woda, która wpłynęła do East River, była czystsza niż kiedy spadła?” A co, jeśli w lasach się zapali, płomienie można ugasić za pomocą środków, które nie zależą na toksyczne substancje? „Natura tworzy nietoksyczne środki zmniejszające palność”, zauważa McGee. „Dlaczego nie możemy?”
Przez lata naukowcy koncentrowali się na chemii środków zmniejszających palność, bez rezultatów. Ale być może naturalne procesy mogą zapewnić ścieżkę do innowacji w laboratorium, mówi McGee. Może to sposób, w jaki szyszki sosny otwierają się w obliczu gorąca (aby umożliwić rozmnażanie, nawet gdy ogień niszczy las), lub sposób, w jaki drzewa eukaliptusowe zrzucają porozrzucane kawałki szybko palącej się kory, aby wyssać tlen i oderwać ogień od głównej bagażnik samochodowy. Jaime Grunlan, inżynier mechanik z Texas A&M, opracował ognioodporną tkaninę, która wykorzystuje chitosan, odnawialny materiał pobrany z muszli homara i krewetek (oraz chemicznego krewnego chityny w skrzydłach motyli), w celu stworzenia nanowarstwowej powłoki polimerowej pod wpływem ciepła tworzy „skorupę” z węgla, która chroni tkaninę.
Lepidoptera uosabia kilka problemów, które rozwinęły się w środowisku przyrodniczym przez wiele tysiącleci. W ewolucyjnym wezwaniu i odpowiedzi między ofiarą a drapieżnikiem wiele ćm rozwinęło zdolność wykrywania ultradźwiękowych kliknięć nietoperzy, a niektóre mogą nawet wysyłać mylące kontrasygnaty. Skrzydła motyla wydają się być czarne bliżej ciała, aby pomóc w wychwytywaniu ciepła. Skrzydła te są pokryte powłoką odporną na zanieczyszczenia - samoczyszczą się. Ozdobne „oczy” na tych skrzydłach, mające na celu odstraszanie drapieżników, są często umieszczane w pobliżu krawędzi, aby zminimalizować uszkodzenia skrzydeł w przypadku ugryzienia motyla.
A potem jest kolor - o czym myślimy, gdy myślimy o motylach. „Ludzie nazywają je latającymi kwiatami” - mówi Robbins. Podczas gdy niektórzy używają kolorów do kamuflażu, najbardziej żywe gatunki wybierają inną drogę, reklamując swoją toksyczność potencjalnym drapieżnikom w krzykliwym pokazie. Pisarz David Quammen nazywa je „bimbos świata przyrody”, „eksperymentem ewolucyjnym z czystym dekoracyjnym nadmiarem”. Ogólnie, Quammen pisze, motyle „reprezentują ideał słodyczy i delikatnej łaski, który wydaje się prawie niewinny całej bezlitosnej ewolucyjnej wolności -dla-wszystkich. ”I na tych skrzydlatych plotkach czeka mnóstwo inspiracji.
Naukowcy z Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju, zainspirowani motylami z ptaków - czarny obszar ich skrzydeł umożliwia prawie całkowitą absorpcję światła w celu zatrzymania ciepła - tworzą strukturalnie podobny superczarny amorficzny film węglowy, aby pomóc w stworzeniu bardziej wydajnej technologii słonecznej. Projekt NOtES, który wyrósł z badań prowadzonych na Uniwersytecie Simona Frasera w Kolumbii Brytyjskiej, wykorzystuje nanokalowe struktury zakłócające światło do stworzenia stempla zapobiegającego fałszowaniu, który jest trudniejszy do złamania niż hologram i można go „wydrukować” nie tylko na brzegu notatki, ale na cały szereg innych przedmiotów. Tagi identyfikacyjne o częstotliwości radiowej (RFID), które są używane do wszystkiego, od śledzenia zapasów po wykrywanie wydajności opon, zwykle nie działają dobrze w ekstremalnych warunkach, szczególnie tam, gdzie jest woda lub metal. I tak firma Omni-ID dostosowała zasadę interferencji, aby stworzyć bardziej niezawodny RFID, wykorzystując małe metalowe skale w znacznikach, aby poprawić transmisję sygnałów radiowych.
Biorąc pod uwagę, że Morpho stosuje kolor w celu przyciągnięcia uwagi, wydaje się właściwe, że motyl zainspirował również ludzką modę. Donna Sgro, projektantka mody w Sydney w Australii i opisywana przez siebie „okazjonalna lepidopteristka”, stworzyła trzy sukienki z materiału o nazwie Morphotex, bezbarwnego, opalizującego niebieskiego materiału, który czerpie kolor z interferencji optycznych. Sgro mówi, że chociaż Morphotex eliminuje potrzebę barwników (a zatem potencjalnie wiąże się z mniejszym wpływem na środowisko), jej zainteresowania wykraczały poza zwykłe „podejście oparte na projektowaniu typu rozwiązanie problemu”, za którym podążają biomimiści. W końcu moda to coś więcej niż podstawowa potrzeba odzieży. W jaki sposób sposób, w jaki natura wykorzystuje estetykę, może wpłynąć na nasze postępowanie? Sgro studiuje teraz na doktorat z biomimiki i mody w Royal Institute of Fashion w Melbourne.
Robbins i ja opuściliśmy centrum kolekcji Muzeum Historii Naturalnej i udaliśmy się do pobliskiego Pawilonu Motyli i było to jak lepidopterowskie święto miłości. Kobieta ustawiła swój smartfon, aby sfotografować Monarchę karmiącego kwiat. Japoński turysta wykrzyknął, gdy Fritillary z Zatoki Perskiej wylądowała na swojej torbie na ramię. Dziecko piszczało, gdy Morpho peleides powoli unosił swoje opalizujące niebieskie skrzydła. Nie jest łatwo wyobrazić sobie, że ta scena występuje u każdego innego owada; słusznie czy nie, nie odwiedzamy pawilonów grub ani mrówek.
Zapytałem o szczególny urok tych owadów. „Nie kłują, nie gryzą” - powiedział. „Te, które ludzie widzą, są na ogół ładne. Niektóre z nich są szkodliwe dla rolnictwa, ale są dość przyjaznymi facetami i są o wiele ładniejsze niż większość innych owadów. ”Gdyby tylko, pomyślałem, ludzie mogliby teraz wiedzieć, jak przydatne może być całe to piękno.
