Биомимикрия: как природа вдохновила современные технологии

Технологии и природа традиционно рассматривались как расходящиеся силы – технология часто была средством создания объектов или энергии, которые не встречаются естественным образом в окружающей среде.

Однако новые подходы к разработке продуктов и технологий, такие как биомимикрия и генеративный дизайн, начали обращать вспять эту тенденцию.

Генеративный дизайн – это процесс преобразования концепции идеи в набор правил, которые затем интерпретируются мощным компьютером. Моделируя тысячи вариантов с помощью мощных вычислений, этот процесс имитирует естественный процесс эволюции.

Джефф Ковальски, технический директор Autodesk, описывает процесс генеративного проектирования: «Алгоритмы машинного обучения в компьютерах теперь могут обнаруживать закономерности, присущие миллионам трехмерных моделей, и создавать таксономии без указания или вмешательства человека». Биомимикрия это «подход к инновациям, направленный на поиск устойчивых решений человеческих проблем путем подражания проверенным природой образцам и стратегиям».

Ниже мы рассмотрим 10 эпических примеров вдохновленных природой технологий, которые используют эти концепции биомимикрии и / или генеративного дизайна.
1. Лекарства и вакцины – морской еж
Австралийские исследователи воспроизвели способ, которым морские ежи строят вокруг себя твердую внешнюю оболочку для защиты от защитить белки лекарств и вакцин от изменений окружающей температуры.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: дайвер

Этот химический процесс создания защитного слоя особенно полезен для таких приложений, как лекарства, которые распространяются в странах с плохими системами транспортировки или охлаждения.
2. Национальный водный центр, Пекин – пузырьковая структура
Знаменитый центр плавания и дайвинга, созданный на летних Олимпийских играх в Китае в 2008 году, имеет уникальный внешний вид, состоящий из сотен выдавленных пузырьков, образующих, казалось бы, случайный узор.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: basiczto

Однако этот узор пузырьков вовсе не случайный, он основан на точном геометрия найдены в природных системах, таких как клетки, молекулярные структуры и кристаллы. Воспроизведение существующих закономерностей природы приводит к наиболее эффективному разделению трехмерного пространства.
3. Сингапурские театры Эспланада – Дуриан
Театры Esplanade в Сингапуре, расположенные почти на экваторе в очень жарком климате, имеют поистине уникальную стеклянную крышу. дизайн это было вдохновлено местными фруктами дуриана.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: jasonleehl

Система из сотен алюминиевых панелей треугольной формы, расположенных под углом в зависимости от направления солнца, защищает комплекс от жары и прямых солнечных лучей, но при этом заполняет интерьер естественным светом.
4. Смесители для воды – Calla Lillies
Центростремительные спирали каллы послужили вдохновением для индустриального водосмешивающая техника разработан Pax Scientific. Естественный дизайн лилии идеален из-за ее способности способствовать течению воды.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: Тяньтан

Соответствующая технология смесителя может похвастаться способностью «циркулировать 10 миллионов галлонов с таким же энергопотреблением, как у трех 100-ваттных лампочек».
5. Турбины – китовый плавник
Плавники горбатых китов имеют неровные неровные края, известные как бугорки. Было доказано, что бугорки обеспечивают гораздо большую динамику жидкости, чем плавники с гладкими краями.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: andreiorlov

Вдохновленные плавниками неправильной формы этих гигантских китов, такие компании, как WhalePower и другие, разработали бугорчатые лопасти для использования в вентиляторах и турбинах, которые работают с гораздо большей эффективностью, чем традиционные лопасти.
6. Купальники – кожа акулы.
Кожа акулы состоит из тысяч и тысяч накладывающихся друг на друга чешуек, известных как «дермальные зубчики». Эти зубчики препятствуют образованию турбулентных водоворотов и позволяют акуле более эффективно и быстро перемещаться по воде.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: Тревор Сьюэлл

На Олимпийских играх 2008 года Майкл Фелпс и другие пловцы, как известно, носили костюмы из ткани, имитирующей шкуру акулы, и впоследствии превзошли многие существующие мировые рекорды. Хотя такие костюмы сейчас запрещены на соревнованиях по плаванию, идея подражание зубчики акулы сегодня используются на корпусах лодок для повышения эффективности.
7. Биобатареи – человеческое тело
Человеческое тело создает энергию в результате химической реакции, известной как метаболизм. Когда человек потребляет углеводы или сахар, ферменты в организме расщепляют глюкозу и высвобождают энергию. В настоящее время ученые работают над созданием батарей, которые работают на органических соединениях, таких как сахар, для выработки энергии: био-батареи.
ФОТО: антеровиум

Исследователи из нескольких университетов, а также из таких корпораций, как Sony, большую часть последнего десятилетия работали над созданием коммерчески жизнеспособной биобатареи. В 2007 году Sony успешно разработала прототип биобатареи, в которой использовались ферменты для создания достаточной выходной энергии (50 мВт) для включить Walkman.
8. Синтетический материал – GM Spider Silk.
В шелк, созданный пауками плести их сети – это естественный сверхматериал. Поскольку пауки территориальны и каннибалисты по своей природе, «сбор» паучьего шелка никогда не был коммерчески жизнеспособным, и даже после получения отдельные нити паучьего шелка настолько тонкие, что пришлось бы создавать целые новые системы прядения, чтобы ткать нити. все вместе.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: Болтовая резьба | Проводной

Однако стартап Bolt Threads из Эмеривилля, штат Калифорния, якобы решил эту проблему, используя генно-инженерные микроорганизмы. Если технология окажется жизнеспособной, потенциальные варианты использования могут включать «пуленепробиваемые жилеты, биоразлагаемые бутылки с водой и гибкие мостовые тросы».
9. Водонепроницаемые материалы – крылья бабочки.
В 2013 году команда инженеров Массачусетского технологического института разработала то, что было описано как самый водоотталкивающий материал из когда-либо созданных. В их конструкции используется материал с крошечными силиконовыми выступами, которые подражать узорам найден на крыльях бабочки Морфо.
ИЗОБРАЖЕНИЕ: LiveScience

Материал настолько эффективен, что при переохлаждении вода отскакивает от поверхности быстрее, чем она может замерзнуть, что указывает на потенциальные возможности применения этой технологии в крыльях и турбинах самолетов в дополнение к водонепроницаемой одежде.
10. Клейкая лента – пальцы геккона.
Ноги геккона исключительно липкие из-за их «групп длинных тонких структур в форме лопаток, называемых щетинки которые увеличивают площадь поверхности и усиливают слабое электрическое притяжение между пальцами ног и поверхностью ».
ИЗОБРАЖЕНИЕ: Дэвид Клеменс | Викимедиа

Группа исследователей из Стэнфордского университета недавно разработала искусственный адгезивный материал, основанный на этих концепциях, который успешно позволил аспиранту масштабировать стеклянную стену с помощью двух подушечек ручного размера, сделанных из этого материала.

Помимо лазания по стенам, таким как Человек-паук, эта технология имеет потенциальное применение в обрабатывающей промышленности, которая заменит существующие системы, в которых используется сила всасывания или химические клеи.
Читайте: 15 примеров того, как технологии меняют моду
Примечание редактора: этот пост написан для Hongkiat.com Эндрю Армстронгом. Эндрю – энтузиаст технологий и советник по цифровому маркетингу из района залива Сан-Франциско. Он живет в Сан-Матео, Калифорния, с женой и маленьким сыном. Вы можете связаться с ним по Твиттер.

            <script async src="https://platform.twitter.com/widgets.js" charset="utf-8"></script>