Miliony let evoluce utvářely svět kolem nás a vytvořily mnoho neuvěřitelných věcí. Biomimikry je, když pozorujeme vlastnost v přírodě a kopírujeme ji nebo její části pro lidskou technologii a design. Existuje mnoho vynikajících příkladů biomimikry v akci.
Biomimikry se týkají mnoha odvětví lidské činnosti. Od medicíny po výzkum, průmysl, ekonomiku, architekturu, urbanismus, zemědělství a management. Tento seznam není vyčerpávající, protože biomimikry je především otázkou toho, jak k těmto oblastem odbornosti přistupujeme. Může se tedy vztahovat víceméně přímo na všechna odvětví.
Koncept biomimikry je založen na klíčové myšlence: příroda vždy funguje na principech hospodárnosti a efektivity a přitom neprodukuje žádný odpad. Pamatujete si, jak Lavoir řekl: „nic není ztraceno, nic není vytvořeno, vše je přeměněno“? To je nápad. Bez ohledu na oblast použití je biomimetická filozofie součástí globální strategie odpovědné a udržitelný rozvoj která si klade za cíl vyvážit způsob využívání zdrojů planety.
Obsah
Co je to biomimikry?
Biomimikry (jak název napovídá, je imitace živých věcí) si klade za cíl čerpat inspiraci z přírodního výběru a řešení přijatých přírodou a převést principy do lidského inženýrství. Je to metoda pro vytváření řešení lidských problémů napodobováním návrhů a nápadů nalezených v přírodě. Používá se všude: v budovách, vozidlech a dokonce i materiálech.
Biomimikry jako přístup je krásná cesta k tomu, co se můžeme naučit od přírody, a v tomto procesu posilujeme náš vztah a spojení s přírodním světem. To je zásadní prvek vytváření udržitelnějšího, zdravějšího a spravedlivějšího světa pro všechny lidi a všechny druhy. A tak jsme si řekli, že by bylo zábavné shrnout několik nejpozoruhodnějších příkladů.
10 Úžasné příklady biomimikry pro děti a učence
Biomimikry, jak již bylo řečeno, hledá inspiraci v přírodě a přírodních systémech a využívá přírodou inspirované strategie pro zlepšení designu. Prostřednictvím adaptace a evoluce tráví postava miliony let vymýšlením cesty z problémů, až skončí s některými ohromujícími inovacemi. Neefektivita nevydrží sama o sobě a lidští inženýři a konstruktéři tam často hledají řešení moderních problémů.
Zde je několik skvělých příkladů biomimikry ve vědě, inženýrství a inovacích, které byly ovlivněny přírodou inspirovaným designem pro děti a vědce.
- Napodobování žraločí kůže pro plavky
- Kulové vlaky inspirované ptáky ledňáčka (jako ten v Disney)
- Větrné turbíny po vzoru keporkaků
- Brouci a samoplnící lahve na vodu
- Pohlcující šok jako datel
- Maskování hlavonožců
- Ventilační systémy inspirované termity
- Trysky inspirované ptáky
- Otřepy a suchý zip
- Motýlí křídla a sluneční energie
1. Plavky napodobující žraločí kůži
Žraloci jsou jedním z největších predátorů moří. Zatímco žraloci jsou dobře známí pro svůj akutní čich a rychle se regenerující zuby, nový výzkum může poukázat na kůži tohoto druhu jako na jeho největší evoluční výhodu.
Žraločí kůže je pokryta nesčetnými překrývajícími se šupinami známými jako „dermální dentikuly“. Když jsou tyto dermální dentikuly v pohybu, vytvářejí zónu nízkého tlaku. Tento vír náběžné hrany v podstatě „táhne“ žraloka dopředu a také pomáhá snižovat odpor. Netřeba dodávat, že pro takový design existuje spousta aplikací.
Vědci se replikovali dermální denticles v plavkách (které jsou nyní na velkých soutěžích zakázány) a na spodní části lodí. Plavky inspirované žraločí kůží získaly velkou pozornost médií během letních olympijských her v roce 2008, kdy pozornost zářila na Michaela Phelpse.
Speedo notoricky začlenilo biomimetickou žraločí kůži do řady plavek pro olympijské hry v roce 2008. Podle Smithsoniana 98 procent medailí na olympijských hrách v roce 2008 získali plavci v plavkách ze žraločí kůže. Od té doby je technologie na olympijských soutěžích zakázána.
Podobně, zatímco mnoho vodní o druzích je známo, že na svých tělech hostí jiné mořské druhy (jako jsou žraloci), žraloci zůstávají relativně „čistí“, abych tak řekl. Tyto mikroskopické dermální dentikuly také pomáhají žralokům odrazit mikroorganismy, jako jsou řasy a barnacles. Námořnictvo Spojených států od té doby vyvinulo materiál, známý jako Sharklet, založený na tomto vzoru kůže, který pomáhá inhibovat mořský růst na lodích.
2. Bullet Trains inspirované ptáky ledňáčka (jako ten v Disney)
Ptáci ledňáčka říčního mají specializované zobáky, které jim umožňují ponořit se do vody, aby lovili, a přitom vytvářeli minimální šplouchnutí. S využitím tohoto nového nosu byly vlaky nové generace řady 500 o 10 procent rychlejší, spotřebovávaly o 15 procent méně elektřiny, a co je nejdůležitější, neměly už žádný „boom“.
Když se japonští inženýři ujali nelehkého úkolu modernizovat své vysokorychlostní kulové vlaky, jejich design narazil na jeden nešťastný zádrhel. Problémem nebylo dostat tyto vlaky na požadovanou rychlost, ale spíše obrovské množství hluku způsobeného vytlačením vzduchu před vlaky. Když vlaky vjížděly do tunelů, vozidla často vydávala hlasitou rázovou vlnu známou jako „tunelový boom“.
Síla rázových vln dokonce způsobila strukturální poškození několika tunelů. Aby se tento boom minimalizoval, japonští inženýři napodobili zobák ledňáčka říčního, který při vstupu do vod způsobuje minimální šplouchání. Díky vytvoření tohoto nového tvaru nosu byly vlaky o 10 procent rychlejší, spotřebovávaly o 15 procent méně elektřiny a co je nejdůležitější, už žádný „boom“.
Tento typ inovativního procesu se nazývá umělá fotosyntéza, kdy bionický list vytváří vodíkové palivo ze slunečního světla. To má naději být potenciálním globálním energetickým průlomem štěpením vody pomocí elektřiny ze slunce.
Z tohoto typu nevznikají žádné emise obnovitelný palivo
3. Větrné turbíny po vzoru keporkaků
Keporkak například používá k pohonu hrbolaté tuberkulózní ploutve, což se zdá poněkud kontraintuitivní. Tyto velryby ovlivnily nové modely větrných turbín.
Velryby, známé jako největší světové ryby, plavou kolem oceánu již dlouhou dobu a evoluce z nich vytvořila superúčinnou formu života. Dokážou se ponořit stovky stop pod povrch a zůstat tam celé hodiny. Svou obrovskou velikost si udržují tím, že se živí zvířaty menšími, než je oko dokáže vidět, a svůj pohyb pohánějí mimořádně účinnými ploutvemi a ocasem. Ty jsou umožněny díky přítomnosti jeho keporkaků.
Hřebeny na předních ploutvích keporkaků, nazývané tuberkuly, ovlivňují, jak voda proudí přes ploutve. Vytváří aerodynamické proudění ve vodě. Hlízy jim umožňují plavat vysokou rychlostí i přes jejich velkou velikost.
Mnoho našich moderních aerodynamických návrhů spoléhá na spíše základní principy. Pro dosažení optimálního zdvihu a minimálního odporu jsou klíčové hladké hrany a čisté linie. V celé živočišné říši je však mnoho druhů schopno výjimečného vztlaku.
Vědci z Duke University, West Chester University a US Naval Academy zjistili, že hrboly na přední hraně velrybí ploutve výrazně zvyšují její účinnost, snižují odpor o 32 procent a zvyšují zdvih o 8 procent. Tyto upravené lopatky také pomáhají generovat stejné množství energie při rychlosti 10 mil za hodinu, jako konvenční turbíny generují rychlostí 17 mil za hodinu.
Společnosti tento nápad aplikují na lopatky větrných turbín, chladicí ventilátory, křídla letadel a vrtule.
4. Brouci a samoplnící láhve na vodu
V tomto okamžiku to není žádné tajemství: přístup k vodě je pro každého klíčový udržitelné civilizace a života na této planetě obecně. Zatímco některá místa na světě mají bohaté vodní zdroje, jako jsou jezera a řeky, aridnější podnebí si musí vystačit s omezenými srážkami.
Technologie odvozená od brouka, kterému se daří v jednom z nejdrsnějších prostředí na Zemi, může velmi dobře pomoci nastartovat další generaci čistého sběr vody.
Brouci (Stenocara brouci) pocházející z pouště Namib přežívají suché a drsné prostředí tím, že shromažďují vodu na zádech v důsledku jejich jedinečného designu skořápky. Jsou také známí jako „hlavní sběrači vody“. Míří křídla k mořskému vánku a hrbolky na jejich zádech vedou kapky vody k jejich ústům.
Inženýři vytvořili láhev na vodu s podobnými hrbolky sbírajícími vodu a odpuzujícími vodu. Tento projekt by mohl pomoci s úsilím o zachování vody a učinit vodu snadněji dostupnou pro komunity v suchých oblastech.
Profesionálové v profesích ochrany přírody nebo komunitního plánování se mohou účastnit několika projektů ochrany vody, které zahrnují tuto metodu biomimikry. Asi 22 zemí po celém světě používá sítě ke sběru vody ze vzduchu, takže takové zvýšení účinnosti by mohlo mít velký dopad.
5. Absorbuje šok jako datel
Dately jsou známé svou výjimečnou hloubící schopností. Tvorové používají své zobáky k hledání potravy hmyzu a také k vytváření zákoutí pro sebe, aniž by utrpěli zranění hlavy z rychlého a silného klování.
Jak datli vyvrtali tyto díry, zažili zpomalení 1200 gravitačních tahů (Gs) téměř 22krát za sekundu. Abychom to uvedli do perspektivy, těžká autonehoda by na cestujícího uvolnila ekvivalent 120 Gs.
Výzkum provedený pomocí CT skenů na Kalifornské univerzitě v Berkeley zjistil, že datli mají čtyři struktury navržené tak, aby absorbovaly mechanické nárazy. Ptačí poloelastický zobák, oblast materiálu „houbovité kosti“ za lebkou, a mozkomíšní mok – to vše společně prodlužuje dobu, po kterou k tomuto otřesu dochází, a tím inhibuje vibrace.
Na základě těchto struktur letečtí inženýři často používají tyto struktury k navrhování meteoritů odolných kosmických lodí a černých skříněk letadel, které dokážou absorbovat více síly, než selžou. Tento přirozený design může také pomoci leteckým a leteckým inženýrům vyvinout v budoucnu kvalitnější technologie.
6. Kamufláž hlavonožců
Chobotnice, stejně jako všichni hlavonožci, jsou schopny svítit (bioluminiscence) a také měnit barvu kůže. Tato maskovací schopnost je nutí schovat se před predátory, zatímco bioluminiscence jim umožňuje komunikovat a/nebo přitahovat partnera. Toto komplexní chování je vytvářeno sítí specializovaných kožních buněk a svalů.
Výzkumníci z University of Houston sestrojili podobné zařízení schopné detekovat své okolí a porovnat je během pouhých sekund. Tento raný prototyp používá flexibilní, pixilovanou mřížku využívající akční členy, světelné senzory a reflektory. Jakmile světelné senzory detekují změnu v okolí, je vyslán signál do příslušné diody.
Tím se v ploše vytvoří teplo a termochromatická mřížka pak změní barvu. Tato umělá „kůže“ by mohla mít vojenské i komerční využití.
7. Ventilační systémy inspirované termity
Termiti často špatně rapují kvůli jejich destruktivním vlastnostem. Nicméně termiti jsou nechvalně známí tím, že vytvářejí některé z nejpropracovanějších ventilačních systémů pro chlazení na planetě. Dokonce i na některých nejteplejších místech, tato termitiště, zůstávají uvnitř výjimečně chladné. Zatímco venkovní teplota během dne divoce kolísá z nízké na vysokou teplotu, uvnitř termitího doupěte se drží na příjemné teplotě.
Pomocí složité sítě záměrných vzduchových kapes vytvářejí valy přirozený ventilační systém využívající konvekci. Toto je příklad toho, jak odborníci ve stavebnictví a architektuře mohou využívat přírodní prvky a udržitelné materiály zvýšit bezpečnost a kvalitu stavebního projektu v horkém klimatu.
Například nákupní centrum East Gate v Harare v Zimbabwe, které je vysoké 333,000 90 čtverečních stop, spotřebuje o XNUMX procent méně energie na vytápění a chlazení než tradiční budovy, má velké komíny, které přirozeně v noci nasávají chladný vzduch, aby snížily teplotu podlahové desky, stejně jako termitiště.
8. Inspirováno ptáky Jets
Ptáci mohou pomocí tvaru V prodloužit vzdálenost svého letu o více než 70 procent. Vědci zjistili, že když hejno převezme známou formaci V, když jeden pták mávne křídly, vytvoří malý vzestupný proud, který zvedne ptáka za sebou.
Když každý pták proletí, přidají svou energii k úderu a pomáhají všem ptákům udržet let. Otáčením svého pořadí skrz hromádku rozložili námahu.
Skupina výzkumníků ze Stanfordské univerzity si myslí, že osobní letecké společnosti by mohly dosáhnout úspory paliva tím, že použijí stejnou taktiku. Tým vedený profesorem Ilanem Kroem si představuje scénáře, kdy se tryskáče z letišť na západním pobřeží setkají a létají ve formaci na cestě do svých destinací na východním pobřeží.
Kroo a jeho výzkumníci se domnívají, že při cestování ve tvaru písmene V s letadly, která se vpředu střídají, jako to dělají ptáci, by letadla mohla spotřebovat o 15 procent méně paliva ve srovnání s létáním samostatně.
9. Otřepy a suchý zip
Suchý zip je široce známý příklad biomimikry. Boty s páskem na suchý zip jste možná nosili jako mladí a určitě se můžete těšit, že stejné boty budete nosit i v důchodu.
Suchý zip vynalezl švýcarský inženýr George de Mestral v roce 1941 poté, co odstranil otřepy ze svého psa a rozhodl se blíže podívat na to, jak fungují.
Malé háčky nalezené na konci jehel ho inspirovaly k vytvoření nyní všudypřítomného suchého zipu. Přemýšlejte o tom: bez tohoto materiálu by svět nepoznal skákání na suchý zip, sport, ve kterém se lidé oblečení v celých oblecích na suchý zip pokoušejí vyhodit svá těla co nejvýše na zeď.
10. Motýlí křídla a sluneční energie
Motýl „růže obyčejná“ zahřívá své tělo tím, že křídly absorbuje sluneční světlo. Studiem jeho křídel pod elektronovým mikroskopem objevili vědci v jejich tělech díry, které rozptylovaly sluneční světlo a udržovaly je v teple.
Pomocí tohoto mechanismu vědci vytvořili tenký silikonový film, který připomínal 3D model motýlího křídla, a aplikovali jej na solární energetický článek, čímž celkově zlepšili jeho design. Tento nový energetický článek by mohl často absorbovat více slunečního světla za nižších světelných podmínek. Použitím této technologie v pozici solárního průmyslu mohou inženýři pomoci komunitám a místním podnikům zvýšit jejich hodnotu udržitelné energie používání.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Doufám, že jak vědci nahlédnou více do přírodního světa, aby odpověděli na lidské otázky, začnou stále více zjišťovat, že těžce mylná představa o evoluci je nemožná. Nyní je řada na vás, abyste vytvořili inovaci založenou na něčem, co se nachází v přírodě! Buďte kreativní, jak chcete, a se svolením rodičů
Doporučení
- 10 nejlepších výrobců plavek šetrných k životnímu prostředí
. - 8 cenově dostupných ekologických dárků pro něj
. - Jak mohou být domy šetrné k životnímu prostředí navzdory moderní estetice
. - 5 způsobů, jak mít podnikání šetrné k životnímu prostředí
. - Top 10 účinků tání ledovců na životní prostředí
Ahamefula Ascension je realitní konzultant, datový analytik a autor obsahu. Je zakladatelem Hope Ablaze Foundation a absolventem environmentálního managementu na jedné z prestižních vysokých škol v zemi. Je posedlý čtením, výzkumem a psaním.