Hur har naturen präglat teknikutvecklingen? Se fler levande gröna bilder. © iStockphoto/alistaircotton Ingenjörer arbetar med att lösa problem. Det är deras jobb att hitta sätt att uppnå vissa resultat. Problemet kan handla om att hitta ett sätt att bygga en skyskrapa som tål orkanstyrka. Eller så kan det vara att upptäcka en metod för att leverera en specifik dos läkemedel till en enda cell i människokroppen.
Ingenjörer tittar ofta på naturen för att se om det redan finns en lösning på det problem de just nu står inför. De måste inte bara känna igen lösningen, men också kunna studera, kopiera och förbättra den lösningen så att vi kan dra nytta av den. Det finns ett särskilt ord för detta tillvägagångssätt: biomimetik . I sista hand, ingenjörens skapelse efterliknar strukturen eller funktionen hos en biologisk enhet.
Resultaten kan vara imponerande eller något folk rutinmässigt tar för givet. Men även de grundläggande uppfinningarna hade inte varit möjliga om ingenjörer inte hade ägnat stor uppmärksamhet åt hur saker och ting fungerar i naturen. Vi ska titta på fem sätt som naturen har inspirerat den teknik vi litar på, listad i ingen särskild ordning.
Innehåll
Hjärnan är så komplex att inte ens den snabbaste superdatorn kan simulera den i realtid. © iStockphoto/Henrik5000 Artificiell intelligens är en term som har kastats runt i årtionden. Förr, datorer var bara kraftfulla maskiner som kunde knäcka enorma mängder - de kunde inte tänka själva. En dator kan bara följa uttryckliga instruktioner.
I dag, ingenjörer och datavetenskapare försöker ta språnget från beräkning till tänkande. De har mött vissa framsteg. 2008, forskare använde BlueGene L -superdatorn för att simulera en mushjärna. Det kan låta enkelt, men en hjärna - även en som tillhör en virtuell mus - är otroligt komplex. Så komplex, faktiskt, att den kraftfulla datorn bara kunde köra simuleringen i skurar av 10 sekunder [källa:BBC News].
År 2009, Cornell -forskare skapade ett datorprogram som kunde härleda de grundläggande rörelselagarna genom att analysera en pendels rörelser. Programmet tog en serie mätningar och använde en genetisk algoritm för att extrapolera fysikens grundläggande lagar.
I framtiden, vi kan se maskiner som kan lösa komplexa tekniska problem. Vi kan till och med nå den punkt där datorer designar ännu kraftfullare maskiner. Hur är det för djup eftertanke?
Nanoteknikforskare studerar virus i hopp om att utveckla nya behandlingar för sjukdomar som cancer. © iStockphoto/Henrik5000 Det finns team av ingenjörer, datavetare och läkare som arbetar med metoder för att bota cancer och andra sjukdomar från cell till cell. En lösning de arbetar med innebär att designa leveranstekniker på nanoskala. De bygger medicinska nanopartiklar - föremål som är mindre än 100 nanometer i diameter. En nanometer är en miljarddels meter. Faktiskt, nanoskala är så liten att det är omöjligt att se nanopartiklar även med hjälp av ett ljusmikroskop.
Tanken är elegant:Skapa en läkemedelsleveranspartikel som kan söka efter en cancercell, infiltrera det och leverera medicin exakt där det behöver gå. Genom att rikta in just cancercellerna, läkare hoppas kunna eliminera sjukdomen samtidigt som alla biverkningar minimeras. Friska celler förblir opåverkade.
Det här är knepigare än det låter. Men dessa team har en naturlig modell som de kan studera för att skapa nanopartiklar:virus. Virus kan bara mäta några få nanometer i längd och kan på något sätt söka efter specifika typer av celler innan de replikeras. Läkare hoppas kunna skapa nanopartiklar som efterliknar denna förmåga.
Denna gecko kan lära oss hur man går på väggar. © iStockphoto/swisshippo Sedan tidernas gryning, människan har sökt det perfekta sättet att hålla något vid något annat. I antiken, detta kan ha inneburit att man hamrade en stor spik genom en mammut för att göra grottan lite mindre dragig. Dessa dagar, ingenjörer ser till växter med grader eller varelser som gecko för inspiration.
1941, Den schweiziska ingenjören Georges de Mestral höll på att plocka bort grader som hade fastnat i hans kläder och i hundens päls. Han placerade en burr under ett mikroskop och märkte att den hade små hullingar som gjorde att den kunde fästas på förbipasserande varelser. Ingenjören kom med en lysande plan - skapa ett material som använde dessa små hullingar som en fästanordning. Det materialet är vad vi nu kallar kardborre [källa:Stephens].
Sedan finns det Gecko Tape, ett material som använder nanoskopiska hårstrån för att hålla fast vid rena ytor. Håren efterliknar dem du skulle hitta på fötterna på geckos. En dag, forskare kanske kan skapa en hel kostym med hjälp av detta material. Den kostymen skulle tillåta bäraren att skala väggar och kanske till och med gå över tak. Inom kort, vi kanske kan ringa till vårt vänliga grannskap Spider-man.
Kan myror hjälpa oss att designa navigationssystem för robotar? © iStockphoto/arlindo71 I framtiden, det kommer att finnas robotar. Oavsett om de kommer att tillgodose alla våra behov eller jaga oss i förpackningar. Det återstår att se. Hur som helst, en funktion robotar kommer att behöva för att uppnå sin verkliga potential är autonom navigering.
De flesta robotar kräver antingen en förprogrammerad rutt eller reagerar helt enkelt på miljön när de stöter på ett hinder. Väldigt få kan hitta vägen från en punkt till en annan på egen hand. Vissa ingenjörer försöker övervinna detta problem genom att studera myror.
Cataglyphis är en myra som finns i Saharaöknen. Till skillnad från andra myror, Cataglyphis förlitar sig inte på feromonspår för att navigera genom sin miljö. Forskare tror att myrorna använder en kombination av visuell pilotering, sökvägsintegration och systematisk sökning [källa:Möller et al.]. Ingenjörer hoppas att genom att få en djupare förståelse för hur varelser som Cataglyphis navigerar, de kan bygga robotar med liknande funktioner.
Denna knöl kan inte flyga, men dess fenor kan hjälpa oss att ta till himlen. © iStockphoto/adwalsh År 2000, Walt Disney Pictures släppte en ny redigering av "Fantasia". Den uppdaterade filmen innehöll flera nya sekvenser, varav en innehöll en bock med knölvalar som flyger till stammarna av "The Pines of Rome" av Ottorino Respighi. Även om vi inte kommer att se knölvalar ta till himlen, den fantastiska sekvensen föregick en verklig vetenskaplig upptäckt.
I maj 2004, en grupp forskare och ingenjörer publicerade en vetenskaplig uppsats i tidskriften Physics of Fluids. Teamet hade byggt modeller av pectoral flippers på en knölval. På en modell inkluderade de knölar - stötarna du skulle hitta på en riktig valflippa. På en annan modell använde de en slät yta.
De testade båda modellerna i en vindtunnel vid U.S. Naval Academy. Deras test visade att flippern med knölarna såg en förbättring av lyften med 8 procent. Dessutom, flippern var mindre benägna att uppleva stall i branta vindvinklar och skapade upp till 32 procent mindre drag.
Kan vi snart se flygplan med ojämna vingar? Det är fullt möjligt. Teamets resultat tyder på att naturen har skapat en effektiv enhet för att flytta genom flytande miljöer. Det kan vara dumt att inte dra nytta av dessa upptäckter.
Det finns hundratals andra exempel på hur naturen har styrt den tekniska utvecklingen genom mänsklighetens historia. Så nästa gång du behöver lösa ett komplext tekniskt problem, du kanske bara vill ta en titt på din egen bakgård först.
Läs mer om teknik och natur på nästa sida.
