Mänskliga försök att skapa effektiva flygmaskiner involverade ofta att studera hur fåglar flyger. Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Ubåtar av den framtida hastigheten genom vattnet med hjälp av viftande fiskfenor. Flygplan stiger upp genom molnen med flaxande vingar. I öknen, en klättrare närmar sig stadigt toppen av en klippa, öppna handflator som enkelt ansluter sig till rock med hjälp av gecko-inspirerad nanoteknik. Du har förmodligen bara stött på sådana naturinspirerade framtida teknologier i science fiction- och serietidningar, men designmetoden finns redan. Uppfinnare och ingenjörer har sökt inspiration efter naturen sedan förhistorisk tid.
Tidiga människor lärde sig jakt, skydd och överlevnadstekniker genom att observera djur när de interagerade med sin omgivning. Medan människor saknade björnarnas hårda klor och överlägsna jaktinstinkt, människor kan efterlikna sina tekniker. Och när människor började designa allt mer komplicerade tillbehör, de fortsatte att titta på naturens exempel. Från Leonardo da Vincis skisser från 1400-talet över flygmaskiner till bröderna Wright första framgångsrika prototyp fyra århundraden senare, drömmar om mänsklig flykt fokuserad på att observera fåglar.
Världen är full av fantastiska biologiska innovationer, var och en av miljontals år av utveckling. Vid design av teknik, det är bara vettigt att studera på vilka sätt naturen redan har bemästrat utmaningarna. I dag, vi vet detta som biomimetik eller biomimik - praxis att imitera modeller i naturen för att skapa bättre former, processer, system och strategier.
Du möter exempel på biomimik varje dag, kanske utan att ens inse det. Kardborrebandsteknik, till exempel, inspirerades av hur burrade fröpåsar klamrar sig till djurpäls. Moderna injektionsnålar tar några tips från rattlesnake huggtänder. Nike har till och med tillämpat egenskaperna hos getkraftsdrag på deras löparskor.
I den här artikeln, vi ska utforska hur biomimik överbryggar biologi och teknik, med hjälp av naturens innovationer för att förbättra teknik och design.
Biomimik av hajarVem skulle ha trott att hajar hade så mycket att lära oss? Dessa havsdjur har inspirerat flera biomimetiska innovationer. Hajhud består av små, tandliknande vågar som förhindrar att små virvlar och virvlar bildas (vilket saktar ner dem). Speedo har replikerat denna effekt med sin Snabbskinn ® kroppsdräkter, som gör det möjligt för tävlande simmare att raka avgörande sekunder från sina loppstider. Andra har använt denna teknik för att skapa snabba fartygsskrov som naturligt avskräcker fästning av undervattensorganismer. Australiens BioPower Systems arbetar med en annan hajinspirerad innovation. Företaget hoppas kunna förankra mekaniska fenor - baserade på hajfysiologi - mitt i havsströmmarna för att generera vattenkraft.
Den biomimetiska tekniken bakom denna robotfisk är baserad på den vanliga karpen. Roboten navigerar och driver sig genom vattnet med fenorna, precis som en riktig fisk. Adrian Dennis/AFP/Getty Images Medan handlingen att efterlikna naturen i mänsklig innovation har funnits i evigheter, biomimik kom till sin rätt som ett framstående studieområde och etisk hållning i slutet av 1900 -talet. Amerikansk biolog Janine M. Benyus blev en välkänd ledare för rörelsen i slutet av 90-talet med publiceringen av hennes bok, "Biomimicry:Innovation Inspired by Nature." Sedan dess, Benyus har fortsatt att grunda Biomimicry Guild, ett miljökonsultföretag, och Biomimicry Institute, en ideell förespråkargrupp.
Medan utvecklingsgrupper och forskare fortsätter att inspireras av naturen, Benyus driver på för en mer omfattande förståelse av biomimik i vilken naturen är modell , mäta och mentor . Modell hänvisar till grundprincipen för att efterlikna naturen i mänsklig design; och mäta påfrestningar hållbarhet .
Den naturliga världen, som ett system, anses hållbart, genom att dess system återanvänder och återvinner resurser på ett effektivt, kontinuerligt sätt. I jämförelse, det mesta av vår teknik och vårt sätt att leva är ohållbar . Det betyder att de nödvändiga resurserna regelbundet utarmas eller skadas permanent. Benyus hävdar att ett verkligt biomimetiskt förhållningssätt till ett problem bör innebära naturens hållbarhet.
Naturen som mentor betonar ett nytt sätt att se vår miljö - att bryta sig loss från den industrialiserade synen på världen som en samling resurser som är tillgängliga för plundring. Benyus insisterar på att alla seriösa biomimetiska projekt bör göra mer än att efterlikna naturens design och effektivitet. Hon säger att designers bör följa miljöetik. Till exempel, ett soldrivet fordon mönstrat efter förflyttningen av en sandkrabba kan vara en fantastisk uppfinning. Dock, hon säger att produkten tappar all sin biomimetiska trovärdighet om dess främsta användning är att fälla regnskogar eller fungera som en vapenplattform.
Naturens nio lagarBenyus betonar nio naturlagar i sina skrifter. Hon hävdar att varje fastighet bör vara av avgörande betydelse för varje verkligt biomimetisk design.
[källa:Benyus]
Läs mer
Dessa katedraltermithögar i Australien kanske inte lockar lägenhetsjägare, men arkitekter har redan använt termiternas självkylande konstruktioner vid konstruktionen av energieffektiva byggnader. Peter Essik/Aurora/Getty Images Biomimik, som en innovativ process, kommer i allmänhet från en av två riktningar. Ibland, innovatören ser en process i naturen och kopplar den till en befintlig teknik eller problem. Andra tider, innovatören studerar ett befintligt designproblem och vänder sig till naturen för att få hjälp. Det är här biomimik fungerar som en bro mellan biologi och teknik.
Det första steget för att lösa ett problem genom biomimik är att översätta det du behöver av en design till biologiska termer. Till exempel, tänk om du ville designa en brandsläckare med längre räckvidd? Var i naturen har organismer utvecklats för att hantera ett liknande problem? Bombardierbaggar kanske inte hanterar att släcka en flammande spishäll, men de har utvecklats till att spruta en uppvärmd, explosiv ström av gift mot rovdjur.
En gång upptäckt, nästa utmaning är att ta lärdom från naturen och tillämpa den tillbaka på din design. När det gäller bombardierbaggen, forskare studerade insektens användning av en högtrycks "förbränningskammare" i buken. Designers har börjat tillämpa denna upptäckt på befintlig sprayteknik.
Du kan hitta biomimik inom ett antal olika områden. Oavsett designutmaningen, Det finns en god chans att en art på jorden redan har hanterat ett liknande problem. Tänk på dessa exempel:
Mänskligt behov: Byggare vill ha ett billigare sätt att kyla stora byggnader.
Naturens exempel: Vissa afrikanska termithögar måste hålla en konstant temperatur på 87 grader Celsius (189 grader Fahrenheit) för att svampgrödan ska överleva. För att uppnå detta, de konstruerar luftventiler som ständigt flyttar luft genom högen, kyla eller värma den till samma temperatur som högen själv.
Biomimetisk lösning: Arkitekter och ingenjörer bygger flera stora kontorsanläggningar som efterliknar termitmetoden för temperaturkontroll.
Mänskligt behov: Biltillverkare vill utveckla ett antikollisionssystem.
Naturens exempel: Hoppor undviker att stöta på varandra i svärmar genom att använda högutvecklade ögon som gör att dessa insekter kan se åt flera håll samtidigt.
Biomimetisk lösning: Bildesigners efterliknade gräshoppans syn när de utvecklade sensorer som upptäcker rörelser som omger en bil direkt och varnar förare för förestående krockar.
Mänskligt behov: Kemiska företag vill ha ett självrengörande färgfärg.
Naturens exempel: Lotusväxter måste hålla sina lövytor rena, trots att de bor i leriga dammar och träsk. Bladens små åsar och gupp hindrar vattendroppar från att sprida sig över ytan. Som ett resultat, vattenpärlorna och glider iväg, bär smutspartiklar med sig.
Biomimetisk lösning: Utvecklare har applicerat denna lotuseffekt för att måla. När färgen torkar, små stötar finns kvar på ytan som hjälper vattendroppar att ta bort smuts.
Mänskligt behov: Vårdpersonal vill ha ett sätt att lagra vacciner utan kylning.
Naturens exempel: Den afrikanska uppståndelseanläggningen torkar helt ut under årliga torka och återupplivar sedan sig själv när regnet återkommer. Växterna innehåller en polyfenol som skyddar mot cellmembranskador under uttorkning.
Biomimetisk lösning: Forskare söker ett sätt att använda dessa sockerarter för att bevara levande vacciner genom uttorkning.
Över hela världen, forskare söker naturen efter svar på deras olika designutmaningar. Genom att studera hur evolutionen övervinner utmaningar, biomimik kan en dag hjälpa oss att lösa problem som sträcker sig från tvålskum till globala hållbarhetsfrågor.
Källor
