Top 5 måder naturen har inspireret teknologi på

Ingeniører er i gang med at løse problemer. Det er deres opgave at finde måder at opnå bestemte resultater på. Problemet kan indebære at finde en måde at bygge en skyskraber på, der kan modstå orkanstyrke. Eller det kan være at opdage en metode til at levere en specifik dosis medicin til en enkelt celle i menneskekroppen.

Ingeniører ser ofte på naturen for at se, om der allerede er en løsning på det problem, de i øjeblikket står over for. De skal ikke bare genkende løsningen, men også kunne studere, kopiere og forbedre den løsning, så vi kan drage fordel af den. Der er et særligt ord for denne tilgang: biomimetik . Ultimativt, ingeniørens skabelse efterligner strukturen eller funktionen af ​​en biologisk enhed.

Resultaterne kan være ærefrygtindgydende eller noget folk rutinemæssigt tager for givet. Men selv de grundlæggende opfindelser ville ikke have været mulige, hvis ingeniører ikke havde været meget opmærksomme på, hvordan tingene fungerer i naturen. Vi tager et kig på fem måder, naturen har inspireret den teknologi, vi er afhængige af, opført i ingen særlig rækkefølge.

1. Udvikling af kunstig intelligens
2. Invaderende kræftceller
3. Holder sig til vægge
4. Navigerer selvstændigt
5. At tage flyvning

5:Udvikling af kunstig intelligens

Kunstig intelligens er et begreb, der er blevet kastet rundt i årtier. I fortiden, computere var bare kraftfulde maskiner, der kunne knuse enorme tal - de kunne ikke tænke selv. En computer kan kun følge eksplicitte instruktioner.

I dag, ingeniører og dataloger forsøger at gøre springet fra beregning til tænkning. De har mødt nogle fremskridt. I 2008, forskere brugte BlueGene L -supercomputeren til at simulere en muses hjerne. Det lyder måske enkelt, men en hjerne - selv en, der tilhører en virtuel mus - er utrolig kompleks. Så kompleks, faktisk, at den kraftfulde computer kun kunne køre simuleringen i bursts på 10 sekunder [kilde:BBC News].

I 2009, Cornell -forskere skabte et computerprogram, der var i stand til at udlede de grundlæggende love om bevægelse ved at analysere bevægelser af et pendul. Programmet tog en række målinger og brugte en genetisk algoritme til at ekstrapolere de grundlæggende love i fysik.

I fremtiden, vi kan se maskiner, der er i stand til at løse komplekse tekniske problemer. Vi kan endda nå det punkt, hvor computere designer endnu mere kraftfulde maskiner. Hvordan er det til dyb eftertanke?

4:Invaderende kræftceller

Der er teams af ingeniører, dataloger og læger, der arbejder med metoder til at helbrede kræft og andre sygdomme celle-for-celle. En løsning, de arbejder på, indebærer at designe leveringsteknologier på nanoskalaen. De bygger medicinske nanopartikler - objekter, der er mindre end 100 nanometer i diameter. Et nanometer er en milliarddel af en meter. Faktisk, nanoskalaen er så lille, at det er umuligt at se nanopartikler selv ved hjælp af et lysmikroskop.

Ideen er elegant:Opret en partikel til levering af lægemidler, der kan opsøge en kræftcelle, infiltrere det og levere medicin præcis, hvor det skal hen. Ved kun at målrette kræftcellerne, læger håber at fjerne sygdommen og minimere eventuelle bivirkninger. Sunde celler vil forblive upåvirkede.

Dette er vanskeligere end det lyder. Men disse teams har en naturlig model, de kan studere for at skabe nanopartikler:vira. Vira kan kun måle et par nanometer i længden og er i stand til at opsøge bestemte slags celler på en eller anden måde, før de replikeres. Læger håber at skabe nanopartikler, der efterligner denne evne.

3:Klæber til vægge

Siden tidernes morgen, mennesket har ledt efter den ideelle måde at holde noget ved noget andet. I oldtiden, dette kan have involveret at hamre en stor pigge gennem en mammut for at få hulen til at bo lidt mindre trækagtig. Disse dage, ingeniører ser til planter med grater eller skabninger som gekko for at få inspiration.

Tilbage i 1941, Den schweiziske ingeniør Georges de Mestral var ved at plukke grater ud, der havde fanget hans tøj og i hans hunds pels. Han placerede en grise under et mikroskop og lagde mærke til, at den havde bittesmå modhager, der gjorde det muligt at fæstne til forbipasserende væsener. Ingeniøren kom med en strålende plan - lav et materiale, der brugte disse små modhager som en fastgørelsesanordning. Det materiale er det, vi nu kalder velcro [kilde:Stephens].

Så er der Gecko Tape, et materiale, der bruger nanoskopiske hår til at klæbe til rene overflader. Hårene efterligner dem, du ville finde på fødderne af gekkoer. En dag, forskere kan muligvis oprette en hel dragt ved hjælp af dette materiale. Den dragt ville give brugeren mulighed for at skalere vægge og måske endda gå over lofter. Inden længe, vi kan muligvis ringe til vores venlige kvarter Spider-man.

2:Navigere autonomt

I fremtiden, der vil være robotter. Uanset om de vil imødekomme alle vores behov eller jage os i flok. Det er tilbage at se. På den ene eller anden måde, en funktion robotter skal bruge for at nå deres sande potentiale er autonom navigation.

De fleste robotter kræver enten en forudprogrammeret rute eller reagerer blot på miljøet, når de støder på en forhindring. Meget få kan finde vej fra et punkt til et andet på egen hånd. Nogle ingeniører forsøger at overvinde dette problem ved at studere myrer.

Cataglyphis er en myre, der findes i Sahara -ørkenen. I modsætning til andre myrer, Cataglyphis er ikke afhængig af feromonstier for at navigere gennem sit miljø. Forskere mener, at myrerne bruger en kombination af visuel pilotering, stiintegration og systematisk søgning [kilde:Möller et al.]. Ingeniører håber, at ved at få en dybere forståelse af, hvordan skabninger som Cataglyphis navigerer, de kan bygge robotter med lignende muligheder.

1:Flyvning

I 2000, Walt Disney Pictures udgav en ny redigering af "Fantasia". Den opdaterede film indeholdt flere nye sekvenser, hvoraf den ene bød på en pukkelhval, der flyver til stammerne af "The Pines of Rome" af Ottorino Respighi. Selvom vi sandsynligvis ikke vil se pukkelhvaler tage til himlen, den fantastiske sekvens forudsagde en egentlig videnskabelig opdagelse.

I maj 2004, en gruppe forskere og ingeniører offentliggjorde et videnskabeligt papir i tidsskriftet Physics of Fluids. Holdet havde bygget modeller af brystflipperne på en pukkelhval. På en model inkluderede de knolde - de ujævnheder, du ville finde på en faktisk hvalsvipper. På en anden model brugte de en glat overflade.

De testede begge modeller i en vindtunnel på U.S. Naval Academy. Deres test viste, at flipperen med knoldene oplevede en forbedring på 8 procent i løft. Ud over, flipperen var mindre tilbøjelig til at opleve bod ved stejle vindvinkler og skabte op til 32 procent mindre træk.

Kunne vi snart se fly med ujævne vinger? Det er helt muligt. Teamets fund tyder på, at naturen har skabt en effektiv enhed til at bevæge sig gennem flydende miljøer. Det kan være tåbeligt ikke at drage fordel af disse opdagelser.

Der er hundredvis af andre eksempler på, hvordan naturen har styret den teknologiske udvikling gennem menneskets historie. Så næste gang skal du løse et komplekst teknisk problem, du vil måske bare tage et kig i din egen baghave først.

Lær mere om teknologi og natur på den næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Hvordan Living Billboards fungerer
• Hvad er øko-plast?
• 5 grønne mobilapps

Kilder

• BBC nyheder. "Mushjerne simuleret på computer." 27. april kl. 2007. (10. april, 2009) http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/6600965.stm
• Butler, Rhett. "Biomimetik, teknologi, der efterligner naturen. "Mongabay.com. 11. juli, 2005. (8. april, 2009) http://news.mongabay.com/2005/0711-rhett_butler.html
• Garcia, M. A. Porta et al. "Optimal stiplanlægning til autonom mobilrobotnavigation ved hjælp af optimering af antkoloni og en uklar evaluering af omkostningsfunktioner." Analyse og design af intelligente systemer ved hjælp af soft computing teknikker. Springer Berlin/Heidelberg. Vol. 41, 2007.
• Bakke, Deborah. "Efterligning af pukkelhvalespydere kan forbedre flyvingens design." Bio-medicin. 11. maj kl. 2004. (9. april, 2009) http://news.bio-medicine.org/biology-news-2/Mimicking-humpback-whale- flippers-may-improve-airplane-wing-design-1527-3/
• Ju, Anne. "Naturinspireret teknologi skaber konstruerede antistoffer til bekæmpelse af specifikke sygdomme." PhysOrg. 25. marts 2009. (8. april, kl. 2009) http://www.physorg.com/news157222416.html
• Keim, Brandon. "Computerprogram opdager selv fysikkens love." Kablet. 2. april kl. 2009. (10. april, kl. 2009) http://blog.wired.com/wiredscience/2009/04/newtonai.html
• Ridder, Vilje. "Gecko tape vil holde dig til loftet." Ny videnskabsmand. Juni 2003. (10. april, 2009) http://www.newscientist.com/article/dn3785
• Möller, Ralf et al. "Modellering af myrenavigation med en autonom agent." Forhandlinger fra den femte internationale konference om simulering af adaptiv adfærd om Fra dyr til dyr. Universitetet i Zürich, Schweiz. 1998. s. 185 - 194.
• Stephens, Thomas. "Hvordan en schweizisk opfindelse hooked verden." Swissinfo.ch. 4. januar, 2007. (9. april, 2009) http://www.swissinfo.org/eng/search/detail/How_a_Swiss_invention_hooked _the_world.html? SiteSect =881 &sid =7402384