Sådan fungerer biomimik

Ubåde af den fremtidige fart gennem vandet ved hjælp af vrikende fiskefinner. Fly stiger op gennem skyerne med flagrende vinger. I ørkenen, en klatrer nærmer sig støt toppen af ​​en klippe, åbne håndflader klistrer ubesværet til rock med brug af gecko-inspireret nanoteknologi. Du har sandsynligvis kun stødt på sådanne naturinspirerede fremtidige teknologier i de forestillede verdener inden for science fiction og tegneserier, men designmetoden findes allerede. Opfindere og ingeniører har ledt efter naturen efter inspiration lige siden forhistorisk tid.

Tidlige mennesker lærte jagt, husly og overlevelsesteknikker ved at observere dyr, mens de interagerede med deres omgivelser. Mens mennesker manglede bjørnenes voldsomme kløer og overlegne jagtinstinkt, mennesker kunne efterligne deres teknikker. Og da mennesker begyndte at designe stadig mere komplicerede ting, de fortsatte med at se på naturens eksempel. Fra Leonardo da Vincis skitser af flyvende maskiner fra 1400-tallet til Wright-brødrenes første succesrige prototype fire århundreder senere, drømme om menneskelig flugt centreret om at observere fugle.

Verden er fuld af fantastiske biologiske innovationer, hver enkelt et produkt af millioner af års evolution. Når man designer teknologier, det giver kun mening at studere de måder, hvorpå naturen allerede har mestret de involverede udfordringer. I dag, vi kender dette som biomimetik eller biomimik - praksis med at efterligne modeller i naturen for at skabe bedre former, processer, systemer og strategier.

Du støder på eksempler på biomimik hver dag, måske uden selv at indse det. Velcro teknologi, for eksempel, blev inspireret af den måde, hvorpå burede frøposer klæber til dyrepels. Moderne kanyle tager et par tips fra klapperslange hugtænder. Nike har endda anvendt kvaliteterne ved gedekraft til deres løbesko -design.

I denne artikel, vi vil undersøge de måder, hvorpå biomimik bygger bro mellem biologi og teknik, ved hjælp af naturens innovationer til at forbedre teknologi og design.

Hvem ville have troet, at hajer havde så meget at lære os? Disse havdyr har inspireret til flere biomimetiske innovationer. Hajskind består af små, tandlignende skalaer, der forhindrer små hvirvler og hvirvler i at dannes (hvilket bremser dem). Speedo har replikeret denne effekt med sin Hurtigt skind ® kropsdragter, som gør det muligt for konkurrerende svømmere at barbere afgørende sekunder fra deres løbetider. Andre har brugt denne teknologi til at skabe hurtige skibsskrog, der naturligt afholder fastgørelse af undervandsorganismer. Australiens BioPower Systems arbejder på en anden hajinspireret innovation. Virksomheden håber at forankre mekaniske finner - baseret på hajfysiologi - midt i havstrømmene for at generere vandkraft.

Inspireret af naturen

Mens handlingen om at efterligne naturen i menneskelig innovation har eksisteret i evigheder, biomimik kom til sin ret som en fremtrædende studieretning og etisk holdning i slutningen af ​​det 20. århundrede. Amerikansk biolog Janine M. Benyus blev en kendt leder af bevægelsen i slutningen af ​​90'erne med udgivelsen af ​​hendes bog, "Biomimik:Innovation inspireret af naturen." Siden da, Benyus har fortsat grundlagt Biomimicry Guild, et miljøkonsulentfirma, og Biomimicry Institute, en almennyttig fortalergruppe.

Mens udviklingsgrupper og forskere fortsat er inspireret af naturen, Benyus presser på for en mere omfattende forståelse af biomimik, hvor naturen er model , måle og mentor . Model refererer til det grundlæggende princip om at efterligne naturen i menneskeligt design; og måle belastninger bæredygtighed .

Den naturlige verden, som et system, betragtes som bæredygtig, ved at dets systemer genbruger og genbruger ressourcer på en effektiv, kontinuerlig måde. Sammenlignet med, det meste af vores teknologi og livsstil er uholdbart . Det betyder, at de nødvendige ressourcer regelmæssigt er opbrugt eller permanent beskadiget. Benyus hævder, at en virkelig biomimetisk tilgang til et problem bør involvere naturens bæredygtighed.

Naturen som mentor understreger en ny måde at se vores miljø på - bryde væk fra det industrialiserede syn på verden som en samling af ressourcer til rådighed for plyndring. Benyus insisterer på, at ethvert seriøst biomimetisk projekt skal gøre mere end at efterligne naturens design og effektivitet. Hun siger, at designere bør følge miljøetik. For eksempel, et soldrevet køretøj mønstret efter flytningen af ​​en sandkrabbe kan være en fantastisk opfindelse. Imidlertid, hun siger, at produktet mister al sin biomimetiske troværdighed, hvis dets primære anvendelse er at fælde regnskove eller tjene som våbenplatform.

Benyus understreger ni naturlove i sine skrifter. Hun hævder, at hver ejendom bør være af afgørende betydning for ethvert virkelig biomimetisk design.

• Naturen kører på sollys
• Naturen bruger kun den energi, den har brug for
• Energi passer form til funktion
• Energi genbruger alt
• Naturen belønner samarbejde
• Naturbanker om mangfoldighed
• Naturen kræver lokal ekspertise
• Naturen dæmper overskydende indefra
• Naturen udnytter grænsernes magt

[kilde:Benyus]

Eksempler på biomimik

Biomimik, som en innovativ proces, kommer generelt fra en af ​​to retninger. Sommetider, innovatøren ser en proces i naturen og forbinder den med en eksisterende teknologi eller problem. Andre gange, innovatøren studerer et eksisterende designproblem og henvender sig til naturen for at få hjælp. Det er her biomimik fungerer som en bro mellem biologi og teknik.

Det første trin i at løse et problem gennem biomimik er at oversætte det, du har brug for, fra et design til biologiske termer. For eksempel, hvad hvis du ville designe en brandslukker med en længere rækkevidde? Hvor i naturen har organismer udviklet sig til at håndtere et lignende problem? Bombardierbiller kan muligvis ikke håndtere at slukke en flammende komfur, men de har udviklet sig til at sprøjte en opvarmet, eksplosiv strøm af gift mod rovdyr.

Når opdaget, den næste udfordring er at tage lektien fra naturen og anvende den tilbage til dit design. I tilfælde af bombardierbille, forskere studerede insektets brug af et højtryks "forbrændingskammer" i maven. Designere er begyndt at anvende denne opdagelse på eksisterende sprayteknologi.

Du kan finde biomimik i en række forskellige felter. Uanset designudfordringen, der er en god chance for, at en art på Jorden allerede har tacklet et lignende problem. Overvej disse eksempler:

Menneskeligt behov: Bygherrer ønsker et billigere middel til køling af store bygninger.

Naturens eksempel: Visse afrikanske termithøje skal opretholde en konstant temperatur på 87 grader Celsius (189 grader Fahrenheit) for at svampeafgrøden kan overleve. For at opnå dette, de konstruerer ventilationsåbninger, der konstant flytter luft gennem højen, nedkøling eller opvarmning til samme temperatur som selve højen.

Biomimetisk løsning: Arkitekter og ingeniører bygger flere store kontorkomplekser, der efterligner termit -tilgangen til temperaturkontrol.

Menneskeligt behov: Bilproducenter ønsker at udvikle et antikollisionssystem.

Naturens eksempel: Græshopper undgår at løbe ind i hinanden i sværme ved hjælp af højt udviklede øjne, der gør det muligt for disse insekter at se i flere retninger samtidigt.

Biomimetisk løsning: Bildesignere efterlignede græshoppernes vision, når de udviklede sensorer, der registrerer bevægelse direkte omkring en bil og advarer chauffører om forestående styrt.

Menneskeligt behov: Kemiske virksomheder ønsker et selvrensende lag maling.

Naturens eksempel: Lotusplanter skal holde overfladen af ​​deres blade rene, på trods af at bo i mudrede damme og sumpe. Bladernes små kamme og bump forhindrer vanddråber i at sprede sig over overfladen. Som resultat, vandperlerne og glider væk, bærer snavspartikler med sig.

Biomimetisk løsning: Udviklere har anvendt denne lotuseffekt på maling. Når malingen tørrer, små bump forbliver på overfladen, der hjælper vanddråber med at fjerne snavs.

Menneskeligt behov: Sundhedsarbejdere ønsker en måde at opbevare vacciner på uden køling.

Naturens eksempel: Det afrikanske opstandelsesanlæg tørrer helt ud under årlige tørkeperioder og genopliver derefter sig selv, når regnen vender tilbage. Planterne indeholder en polyphenol, der beskytter mod cellemembranskader under dehydrering.

Biomimetisk løsning: Forskere søger en måde at bruge disse sukkerarter til at bevare levende vacciner gennem dehydrering.

Over hele verden, forskere søger naturen efter svar på deres forskellige designudfordringer. Ved at studere hvordan evolution overvinder udfordringer, biomimik kan måske en dag hjælpe os med at løse problemer lige fra sæbeafskum til globale bæredygtighedsspørgsmål.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer fly
• Sådan fungerer nanoteknologi
• Sådan fungerer Pleo
• Sådan fungerer regnskove
• Sådan arbejder hajer

Flere store links

• Aizenberg Biomineralization and Biomimetics Lab
• Biomimicry Institute

Kilder

• Associated Press. "Hvis dragten passer ..." CNN Sports Illustrated. 2. juli kl. 2000. http://sportsillustrated.cnn.com/olympics/news/2000/07/02/bodysuit_craze_ap/
• Benyus, Janine M. "Biomimicry:Innovation Inspired By Nature." Harper flerårig. 1997.
• "Biomimikerende hajer." Biomimicry Institute. (13. juni kl. 2008) http://www.biomimicryinstitute.org/home-page-content/home-page-content/biomimicking-sharks.html
• "Biomimikri:Et værktøj til innovation." Biomimicry Institute. (13. juni kl. 2008) http://www.biomimicryinstitute.org/about-us/biomimicry-a-tool-for-innovation.html
• "Lån fra naturen." The Economist. 6. september, 2007. http://www.economist.com/science/tq/displaystory.cfm? Story_id =9719013
• Berkebile, Robert J. og Jason F. McLennan. "Den levende bygning." World &I. oktober 1999. http://www.worldandi.com/specialreport/1999/october/Sa18857.htm
• Beyak, Pel. "Biomimik giver ideer til kunstnere og ingeniører." By på en bakkepresse. 5. juni kl. 2008. http://www.cityonahillpress.com/article.php? Id =1269
• Butler, Rhett. "Hajbiomimik producerer vedvarende energisystem." Mongbay.com. 1. november kl. 2006. (13. juni, 2008) http://news.mongabay.com/2006/1101-biopower.html
• Doan, Abigail. "Grøn bygning i Zimbabwe modelleret efter termithøje." Indbygget. 10. december kl. 2007. (13. juni, 2008) http://www.inhabitat.com/2007/12/10/building-modelled-on-termites-eastgate-centre-in-zimbabwe/
• Doyle, Alister. "Hvaler, firben inspirerer hi-tech bio-mimik. "Reuters Africa. 28. maj, 2008. http://africa.reuters.com/wire/news/usnL28566402.html
• Kennedy, Sean. "Biomimik/Bimimetik:Generelle principper og praktiske eksempler." The Science Creative Quarterly. August 2004. http://www.scq.ubc.ca/biomimicrybimimetics-general-principles-and-practical-examples/
• Moore, John P. et al. "Den dominerende polyfenol i opstandelsesplantens blade Myrothamnus flabellifolius , 3, 4, 5 tri- O -galloylquinsyre, beskytter membraner mod udtørring og fri radikal-induceret oxidation. "The Biochemical Society. 1. 2005. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi? Artid =1134698
• Haworth, Jenny. "Naturen er opfindelsens moder." Skotten. 30. maj kl. 2008. http://www.scotsman.com/environment/Nature-is-the-mother-of.4135512.jp
• Ross, Alison. "Ny race med 'fish-bot' afsløret." BBC nyheder. 6. oktober kl. 2005. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4313266.stm
• "Bombardierbille, kraftgift og sprøjteteknologier. "Biomimicry News. 6. april, 2008. (13. juni, 2008) http://www.biomimicrynews.com/Research/The_bombardier_beetle_power_venom_and_spray_technologies.asp
• "Hvad mener du med udtrykket biomimik." Biomimicry Institute. (13. juni kl. 2008) http://www.biomimicryinstitute.org/about-us/what-do-you-mean-by-the-term-biomimicry.html
• "Hvad er biomimik." Biomimicry Institute. (13. juni kl. 2008) http://www.biomimicryinstitute.org/about-us/what-is-biomimicry.html
• Vella, Matt. "Brug af naturen som designguide." Business Week Online. 11. februar kl. 2008. http://www.businessweek.com/innovate/content/feb2008/id20080211_074559.htm? Chan =innovation_special+report+-+green+design_green+design