Arhitectul britanic Michael Pawlyn crede că natura este un „catalog de produse”, toate acestea, explică el într-un TED Talk, „au beneficiat de o perioadă de cercetare și dezvoltare de 3, 8 miliarde de ani”.
„Având în vedere acest nivel de investiții”, continuă el, „are sens să-l folosim.”
În timp ce noile tehnologii se pot simți uneori ciudate, aproape de altă lume la început, viitorul inovației implică de fapt cercetătorii care înțeleg mai bine lumea naturală din jurul nostru. Iar inventatorii sunt în continuă abordare, din ce în ce mai mult cu biomimicria, sau cu procesul de proiectare a produselor care să funcționeze așa cum fac animalele și plantele după reglarea fină a evoluției. De la creveți de mantis până la scuipat de albine, inginerii nu lasă piatră neavertită când vine vorba de inspirație.
Iată cinci descoperiri recente din lumea naturală care ar putea duce într-o zi la noi invenții.
Creveții Mantis au o armură super rezistentă realizată dintr-o microstructura rezistentă la impact.
Creveții mantis sunt niște diavoli mici, care nu se întorc dintr-o luptă - chiar și cu propriul fel. În mod remarcabil, două creveți de mantis o pot duce și rămân neschimbate după aceea. Asta pentru că luptătorii minusculi duri sunt acoperiți cu o armură super-puternică în spatele lor. Armura, numită ciucuri, arată și acționează ca niște scuturi, suprapunându-se în timp ce se încadrează în coada crustaceului.
Cercetătorii de la Universitatea din California, Riverside au studiat structura și mecanica acestor ciucuri și au descoperit că cheia durității lor pare a fi schela în formă de spirală de sub fiecare scut. Într-un studiu recent apărut în revista Advanced Functional Materials, inginerii și colegii lor explică că structura helicoidală împiedică fisurile să crească și înmoaie impactul unei lovituri dure. Se știe că o arhitectură răsucită similar există în gheara crevetei, folosită pentru a produce lovituri asupra oricăror amenințări pe teritoriul său. Creveții au evoluat clar armura perfectă.
Într-o zi, am putea observa acest tip de microstructură rezistentă la impact, pe care cercetătorii au brevetat-o în 2016, în echipamente sportive, armuri de corp pentru poliție și militar, drone, palete pentru turbine eoliene, materiale aerospațiale, mașini, vehicule militare, avioane, elicoptere, biciclete și nave marine. Practic, David Kisailus, profesor de inginerie chimică și de mediu la Universitatea din California, Riverside și autorul studiului, explică într-un e-mail către revista Smithsonian, „Oriunde greutatea redusă este critică, dar este necesară rezistența și rezistența.”
Kisailus consideră că, în termenul apropiat, constatarea va avea cel mai mare impact asupra articolelor sportive, deoarece timpul de comercializare a produselor precum căștile și gardienii sunt mai scurte decât cu avioanele comerciale. Cercetătorii au confecționat un cască prototip atât pentru construcții, cât și pentru fotbal. Dar, Kisailus adaugă, „pe termen lung, cred că impactul mai mare și mai global va fi în transport, deoarece greutatea redusă cu o rezistență mai mare va reduce consumul și emisiile de combustibil.”
Semințele de păpădie dezvăluie o formă recent descoperită de zbor natural.
O formă de zbor care nu a fost văzută până acum a fost dezvăluită într-un studiu despre păpădie. (Cathal Cummins) Modul în care semințele de păpădie se aruncă fără efort în vânt, prinzând lumina soarelui strălucitoare pe măsură ce cad pe pământ, are o anumită frumusețe simplistă, care ar fi greu de topit. Însă, după cum au descoperit cercetătorii toamna trecută, calea invizibilă pe care parașuta delicată a acesteia o lasă în urmă este și mai minunată - și studierea acesteia ar putea duce la avansări cu adevărat superbe în zborul cu drone și monitorizarea poluării aerului.
Cercetătorii știau că mecanismul care transporta semințele atât de fără efort era coroana sa delicată de fibre de fildeș, care seamănă cu o mătură a mătușului de coș. Ei nu erau siguri exact cum a funcționat acest fuzz asemănător cu parașuta, având în vedere că mănunchiul de semințe de păpădie este format în mare parte din spațiul gol. Astfel, oamenii de știință de la Universitatea din Edinburgh au creat un tunel de vânt pentru a pune semințele la încercare și, în acest sens, au descoperit o „nouă clasă de comportament fluid”, relatează James Gorman pentru New York Times . Aerul curge prin filamente și lasă în urmă o urmă turbină de aer sau ceea ce se numește un inel de vortex separat. Inelul crește tracțiunea unei semințe, creând un zbor de patru ori mai eficient decât cel al unei parașute convenționale.
Cercetătorii, care au explicat descoperirea într-un studiu publicat în Nature, speră că îi inspiră pe ingineri să inventeze drone minuscule autopropulsante care ar necesita un consum de energie mic sau deloc.
„Un mănunchi de perii creati de om pentru păpădie ar putea fi folosit pentru a pluti în aer, purtând ceva de genul camerelor sau senzorilor, în locul semințelor”, spune Naomi Nakayama, biolog la Universitatea din Edinburgh și autorul studiului, în un e-mail către Smithsonian . „La fel ca păpădia, aceștia ar putea rămâne la suprafață mult timp, fiind în măsură să monitorizeze și să înregistreze calitatea aerului, direcția sau viteza vântului și, probabil, unele activități umane, fără ca oamenii să observe că sunt în jur, pentru că sunt atât de mici.”
Rechinii Mako sunt rapide datorită cântarelor flexibile.
Aceasta este o fotografie cu cântarul de rechin mako scurt, care măsoară aproximativ 0, 2 milimetri lungime. Rândul din față a cântarului a fost frezat manual până la unghiul lor maxim de aproximativ 50 de grade. (Phil Motta la Universitatea din Florida de Sud) Rechinii Mako sunt rapid ciudat, motiv pentru care, uneori, sunt numiți ghepardii mării. Pot ajunge până la 70 - 80 mile pe oră. Dar cum ajung atât de repede? Răspunsul se află cu solzi minusculi pe flancul și aripioarele lor. Însă exact modul în care pielea lor plată le ajută viteza este de interes special pentru inginerii aeronautici, cu finanțare de la Boeing și armata americană, care doresc să proiecteze material nou pentru a reduce tracțiunea și pentru a crește agilitatea aeronavelor, se arată într-un comunicat de presă al American Physical Society. .
Cantarul flexibil de pe flancul și aripioarele rechinilor mako are doar o cincime dintr-un milimetru lungime. Dacă ar fi să petiți rechinul ca o pisică, de la cap la coadă ( Nota editorului: nu sfătuim acest lucru .), Cântarul său s-ar simți neted. Dar dacă ai rula mâna în direcția opusă, pielea s-ar simți mai mult ca o hârtie de nisip, cu cântarul îndoit înapoi spre un unghi maxim de 50 de grade în funcție de locația corpului, cu cele mai flexibile solzi în spatele branhiilor. Potrivit comunicatului de presă, flexibilitatea cântarului menține fluxul în mișcare înainte de piele, prevenind ceea ce se numește „separarea fluxului”.
Separarea debitelor este și numărul inamicului unu atunci când vine vorba de aeronave. Conceptul este demonstrat cu ușurință prin lipirea mâinii de pe o fereastră a mașinii în mișcare cu palma îndreptată spre vânt. Palma ta este sub mai multă presiune decât partea din spate a mâinii și astfel mâna ta este împinsă înapoi. Acest lucru se întâmplă deoarece fluxul de aer se separă în jurul părților laterale ale mâinii creând regiunea de presiune joasă sau se trezește în spatele mâinii. Separarea fluxului se poate întâmpla totuși pe un corp mai eficient precum rechinul. Acolo intră cântarele: ajută la controlul fluxului, reducând astfel dragul și lăsând animalul să înoate mai repede și cu o manevrabilitate mai mare.
„Speculăm că, la un moment dat, am putea construi o bandă care să poată fi aplicată strategic pe suprafețele aeronavei, cum ar fi palele rotorului elicopterului, aripi sau anumite locații de pe fuselaj unde are loc separarea fluxului și care determină o creștere a tragerii sau o scădere a performanței sau manevrabilitate ", spune Amy Lang, inginer aeronautic la Universitatea din Alabama, care a prezentat lucrările la Reuniunea American Physical Society March din Boston, într-un e-mail către Smithsonian .
Lang a primit un brevet în 2014 despre care spune că „se bazează pe concepte timpurii pe care le aveam despre modul în care funcționează pielea rechinului și cum am putea aplica asta pe o suprafață proiectată.” Ea și echipa ei realizează modele tipărite 3D de piele de rechin mako și speranță. pentru a obține mai multe rezultate din testarea lor în tunelurile eoliene și de apă în anul următor. „Sperăm ca în colaborarea noastră cu industria să depună un brevet actualizat, deoarece o suprafață creată de om este dezvoltată pentru aplicații reale”, adaugă ea.
Albinele combină scuipatul și uleiul de flori pentru a face un adeziv.
Albinele de miere zboară de la floare la flori colectând polenul și depozitându-l pe corpul lor pentru a reveni în stup. Dar dacă intervine un duș de ploaie de vară surpriză? Nu vă temeți, albinele au o soluție pentru asta: o suspensie lipicioasă din scuipatul lor și uleiurile din flori care transformă polenul în pelete rezistente la apă. Știința din spatele acestei combinații gooey poate inspira chiar lipici de înaltă tehnologie care se lipesc atunci când doriți să le elibereze, dar, de asemenea, atunci când este necesar.
„Am vrut să știm, dacă polenul poate rămâne atât de ferm fixat de picioarele posterioare ale albinei, cum reușesc albinele să-l înlăture atunci când se întorc în stup”, a spus Carson Meredith, un inginer la Georgia Tech și autor principal la studiu publicat în Nature Communications în martie, într-un comunicat de presă.
În esență, funcționează astfel: scuipatul de albine este puțin lipicios pentru a începe din cauza nectarului pe care îl beau. Spitul acoperă polenul când albinele îl colectează. Apoi uleiurile din flori acoperă bila de polen scuipat. Această tehnică de stratificare este cea perfectă pentru a respinge umiditatea neanticipată.
"Funcționează similar cu un strat de ulei de gătit care acoperă un bazin de sirop", a spus Meredith în comunicat. "Uleiul separă siropul de aer și încetinește uscarea considerabilă."
Viteza este, de asemenea, un factor cheie. Aceasta se reduce la ceea ce se numește un răspuns sensibil la rată, adică „cu cât forța încearcă să o elimine, cu atât mai mult va rezista”, se arată într-un comunicat de presă. Așadar, atunci când albinele folosesc mișcări coordonate și lente cu picioarele posterioare pentru a îndepărta bilele de polen, acestea se desprind ușor. Dar dacă o picătură de picătură liberă se ciocnește cu una dintre bile, aceasta aderă mai intens.
Aplicațiile pentru un adeziv ca acesta variază foarte mult. Meredith explică într-un e-mail către revista Smithsonian că un adeziv bioinspirat ar prospera în zonele în care rezistența nu este prioritatea maximă, ci „în cazul în care aderența trebuie să fie adaptabilă, ajustabilă, să răspundă la stimuli sau să fie cuplată cu alte proprietăți precum edibilitatea, biocompatibilitatea sau rezistența la umiditate. ”
El lucrează atât cu companii medicale, cât și cu produse cosmetice. (Dacă v-ați găsit vreodată că îndepărtați un machiaj rezistent la apă, înțelegeți cererea unei soluții.) „În aceste câmpuri, deseori, se dorește aderența care poate ține suprafețele împreună în anumite circumstanțe, dar care poate fi eliberată la cerere sau când este depășită o anumită condiție (viteza, forța, umiditatea) ", explică el. „Aceasta include capacitatea de a transfera particule mici dintr-un loc în altul, ca în aplicarea machiajului sau livrarea unui medicament către un anumit țesut din corp.”
Asta nu este totul: acele pelete de polen sunt comestibile în mod natural, deci ar putea fi utilizate și în alimente, poate pentru „articole decorative de pe tort sau desert sau pentru particule aderente care conțin aditivi alimentari pentru gust, nutrienți, conservanți, culoare etc. ", Explică Meredith.
Pisicile sunt îngrijitori experți din cauza papilelor goale pe limbi.
(Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images) Pisicile petrec o cantitate destul de semnificativă din timpul lor lingându-se. Se dovedește că limba lor a evoluat pentru o eficiență maximă de îngrijire - și ne-ar putea de fapt să ne ajute să facem perii mai bune, sau chiar să inspirăm progrese în robotica moale și noi tipuri de tehnologie de curățare.
Limba șmirghelului clasic a unei pisici este acoperită în vârfuri unghiulare numite papillae, care sunt făcute din keratină sau aceleași lucruri dure ale unghiilor noastre. Aceasta este partea limbii pe care cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Georgia au fost interesați să o studieze pentru a afla exact cum distribuie umiditatea pe blana unei pisici atât de ușor.
Se pare că papilele nu sunt în realitate piroase sau în formă de con așa cum au arătat cercetările anterioare. Mai degrabă, după cum descriu inginerii de la Institutul de Tehnologie din Georgia într-un studiu din Procesul Academiei Naționale de Științe, sunt în formă de buzunar cu două capete scobite. Această formă creează tensiune de suprafață care blochează picăturile de salivă până când este timpul pentru o curățare, a găsit echipa. Iar limbile alea pot ține mult lichid. Când echipa a pus limbile pisicii - donate post-mortem - la test, au descoperit că fiecare papilă poate ține aproximativ 4, 1 microlitri de apă, dar pe toată limba este suficient să distribuie aproximativ o cincime din ceașcă de apă prin blana animalului în pe zi, potrivit National Geographic .
Papilele atacă, de asemenea, un nod din patru direcții diferite - perfecte pentru detanjarea eficientă. Cercetătorii chiar au creat o perie de tip TIGR inspirată de limbă folosind modele 3D de limbi pentru pisici. Au solicitat un brevet pentru perie, care ar putea fi folosit pentru a aplica medicamente sau pentru a distribui șampoane și balsamuri pentru îngrijirea animalelor pentru a reduce alergenii.
Iar echipa are în vedere alte aplicații. "Forma unică a coloanei vertebrale ar putea fi implementată în robotică moale pentru a ajuta la prindere - studiile anterioare au arătat că micro-cârligele excelează în prinderea pe suprafețe rigide poroase", spune Alexis Noel, un inginer de cercetare la Georgia Tech Research Institute și autor al studiului., într-un e-mail. Poate exista chiar un mod inedit de a aplica rimel, adaugă ea.
