Biomimetice - Biomimetics
Biomimetica sau biomimica este emularea modelelor, sistemelor și elementelor naturii în scopul rezolvării problemelor umane complexe . Termenii "biomimeticii" și "biomimicry" sunt derivate din greaca veche : βίος ( bios ), viață și μίμησις ( mimesis ), imitație, de la μιμεῖσθαι ( mimeisthai ), pentru a imita, de la μῖμος ( Mimos ), actor. Un domeniu strâns legat este bionica .
Organismele vii au dezvoltat structuri și materiale bine adaptate de-a lungul timpului geologic prin selecția naturală . Biomimetica a dat naștere la noi tehnologii inspirate din soluții biologice la nivel macro și nanoscalar. Oamenii au căutat în natură răspunsuri la probleme de-a lungul existenței noastre. Natura a rezolvat probleme de inginerie, cum ar fi abilitățile de auto-vindecare, toleranța și rezistența la expunerea mediului, hidrofobia , auto-asamblarea și valorificarea energiei solare.
Istorie
Unul dintre primele exemple de biomimicrie a fost studiul păsărilor pentru a permite zborul uman . Deși nu a reușit niciodată să creeze o „mașină zburătoare”, Leonardo da Vinci (1452–1519) a fost un observator dornic al anatomiei și zborului păsărilor și a făcut numeroase note și schițe cu privire la observațiile sale, precum și schițe ale „mașinilor zburătoare”. The Wright Brothers , care au reușit să pilotarea aeronavei prima mai grele decât aerul în 1903, ar fi derivat inspirat din observatiile de porumbei in zbor.
În anii 1950, biofizicianul și polimatul american Otto Schmitt a dezvoltat conceptul de „biomimetică”. În timpul cercetărilor sale doctorale, el a dezvoltat declanșatorul Schmitt prin studierea nervilor din calmar, încercând să proiecteze un dispozitiv care să reproducă sistemul biologic de propagare a nervilor . El a continuat să se concentreze asupra dispozitivelor care imită sistemele naturale și, până în 1957, el a perceput o conversație la viziunea standard a biofizicii în acel moment, o viziune pe care avea să o numească biomimetică.
Biofizica nu este atât un subiect, cât un punct de vedere. Este o abordare a problemelor științei biologice utilizând teoria și tehnologia științelor fizice. Dimpotrivă, biofizica este, de asemenea, abordarea biologică a problemelor de știință fizică și inginerie, deși acest aspect a fost în mare parte neglijat.
- Otto Herbert Schmitt, În apreciere, o viață de conexiuni
În 1960, Jack E. Steele a inventat un termen similar, bionic , la baza forțelor aeriene Wright-Patterson din Dayton, Ohio, unde a lucrat și Otto Schmitt. Steele a definit bionica drept „știința sistemelor care au o anumită funcție copiată din natură sau care reprezintă caracteristicile sistemelor naturale sau analogii lor”. În timpul unei întâlniri ulterioare din 1963, Schmitt a declarat:
Să luăm în considerare ce a ajuns să însemne bionica din punct de vedere operațional și ce ar trebui să însemne el sau un cuvânt de genul acesta (prefer biomimetica) pentru a folosi bine abilitățile tehnice ale oamenilor de știință specializați sau, mai bine zis, ar trebui să spun, despezându-se în acest domeniul de cercetare.
- Otto Herbert Schmitt, În apreciere, o viață de conexiuni: Otto Herbert Schmitt, 1913 - 1998
În 1969, Schmitt a folosit termenul „biomimetic” în titlul uneia dintre lucrările sale și, până în 1974, și-a găsit drumul în Dicționarul Webster , bionica a intrat în același dicționar mai devreme în 1960 ca „o știință preocupată de aplicarea datelor despre funcționarea sistemelor biologice la soluționarea problemelor de inginerie ". Bionic a luat o conotație diferită atunci când Martin Caidin a făcut referire la Jack Steele și la lucrarea sa în romanul Cyborg, care a dus mai târziu la seria de televiziune The Six Million Dollar Man și la spin-off-urile sale. Termenul bionic a devenit apoi asociat cu „utilizarea părților artificiale ale corpului acționate electronic” și „având puteri umane obișnuite crescute cu sau parcă cu ajutorul unor astfel de dispozitive”. Deoarece termenul bionic a luat implicația forței supranaturale, comunitatea științifică din țările vorbitoare de limbă engleză l-a abandonat în mare măsură.
Termenul biomimicry a apărut încă din 1982. Biomimicry a fost popularizat de omul de știință și autor Janine Benyus în cartea sa din 1997 Biomimicry : Innovation Inspired by Nature . Biomimicry este definită în carte ca o „nouă știință care studiază modelele naturii și apoi imită sau se inspiră din aceste modele și procese pentru a rezolva problemele umane”. Benyus sugerează privirea spre Natură ca „model, măsură și mentor” și subliniază durabilitatea ca obiectiv al biomimiciei.
Unul dintre ultimele exemple de biomimicie a fost creat de Johannes-Paul Fladerer și Ernst Kurzmann prin descrierea „managemANT”. Acest termen (o combinație a cuvintelor „management” și „furnică”), descrie utilizarea strategiilor comportamentale ale furnicilor în strategiile economice și de management.
Tehnologii bio-inspirate
Biomimetica ar putea fi, în principiu, aplicată în multe domenii. Datorită diversității și complexității sistemelor biologice, numărul caracteristicilor care ar putea fi imitate este mare. Aplicațiile biomimetice se află în diferite stadii de dezvoltare, de la tehnologii care ar putea deveni utilizabile comercial la prototipuri. Legea lui Murray , care în formă convențională a determinat diametrul optim al vaselor de sânge, a fost re-derivată pentru a furniza ecuații simple pentru diametrul țevii sau tubului, care oferă un sistem minim de inginerie a masei.
Locomoţie
.jpg)
Tehnicile de proiectare și de zbor ale aripilor aeronavelor sunt inspirate de păsări și lilieci. În aerodinamica de design simplificat de îmbunătățit japonez tren de mare viteză Shinkansen seria 500 au fost modelate după ciocul de pescăruș pasăre.
Biorobotii care se bazează pe fiziologia și metodele de locomoție ale animalelor includ BionicKangaroo care se mișcă ca un cangur, economisind energia dintr-un salt și transferându-l la următorul său salt. Roboții Kamigami , o jucărie pentru copii, imită locomoția gândacilor pentru a rula rapid și eficient pe suprafețele interioare și exterioare.
Arhitectura biomimetică
Ființele vii s-au adaptat la un mediu în continuă schimbare în timpul evoluției prin mutație, recombinare și selecție. Ideea fundamentală a filozofiei biomimetice este că locuitorii naturii, inclusiv animalele, plantele și microbii, au cea mai mare experiență în rezolvarea problemelor și au găsit deja cele mai potrivite modalități de a dura pe planeta Pământ. În mod similar, arhitectura biomimetică caută soluții pentru construirea durabilității prezente în natură.
Secolul 21 a înregistrat o risipă omniprezentă de energie datorită proiectelor ineficiente de clădiri, pe lângă suprautilizarea energiei în faza operațională a ciclului său de viață. În paralel, progresele recente în tehnicile de fabricație, imagistica de calcul și instrumentele de simulare au deschis noi posibilități de a imita natura pe diferite scale arhitecturale. Ca urmare, a existat o creștere rapidă în conceperea abordărilor și soluțiilor inovatoare de proiectare pentru a contracara problemele energetice. Arhitectura biomimetică este una dintre aceste abordări multidisciplinare ale proiectării durabile care urmează mai degrabă un set de principii decât coduri stilistice, mergând dincolo de utilizarea naturii ca inspirație pentru componentele estetice ale formei construite, dar în schimb căutând să folosească natura pentru a rezolva problemele funcționării clădirii și economisirea energiei.
Caracteristici
Termenul de arhitectură biomimetică se referă la studiul și aplicarea principiilor de construcție care se găsesc în medii și specii naturale și care se traduc în proiectarea de soluții durabile pentru arhitectură. Arhitectura biomimetică folosește natura ca model, măsură și mentor pentru furnizarea de soluții arhitecturale pe scări, care sunt inspirate de organisme naturale care au rezolvat probleme similare în natură. Folosirea naturii ca măsură se referă la utilizarea unui standard ecologic de măsurare a durabilității și a eficienței inovațiilor create de om, în timp ce termenul de mentor se referă la învățarea din principiile naturale și utilizarea biologiei ca sursă de inspirație.
Arhitectura biomorfă, denumită și Bio-decorație, pe de altă parte, se referă la utilizarea elementelor formale și geometrice găsite în natură, ca sursă de inspirație pentru proprietățile estetice în arhitectura proiectată și poate să nu aibă neapărat non-fizic, sau funcții economice. Un exemplu istoric de arhitectură biomorfă datează din culturile egiptene, grecești și romane, folosind forme de copaci și plante în ornamentarea coloanelor structurale.
Proceduri
În cadrul arhitecturii biomimetice, pot fi identificate două proceduri de bază, și anume, abordarea de jos în sus (push biologic) și abordarea de sus în jos (pull tehnologic). Limita dintre cele două abordări este neclară cu posibilitatea tranziției între cele două, în funcție de fiecare caz individual. Arhitectura biomimetică se desfășoară în mod obișnuit în echipe interdisciplinare în care biologii și alți oameni de știință din natură lucrează în colaborare cu ingineri, oameni de știință din domeniul materialelor, arhitecți, designeri, matematicieni și informaticieni.
În abordarea de jos în sus, punctul de plecare este un nou rezultat al cercetării biologice de bază promițătoare pentru implementarea biomimetică. De exemplu, dezvoltarea unui sistem de materiale biomimetice după analiza cantitativă a proprietăților mecanice, fizice și chimice ale unui sistem biologic.
În abordarea de sus în jos, se caută inovații biomimetice pentru dezvoltările deja existente care au fost stabilite cu succes pe piață. Cooperarea se concentrează pe îmbunătățirea sau dezvoltarea în continuare a unui produs existent.
Exemple
Cercetătorii au studiat capacitatea termitelor de a menține temperatura și umiditatea practic constante în movilele lor de termite din Africa, în ciuda temperaturilor exterioare care variază de la 1,5 ° C la 40 ° C (35 ° F la 104 ° F). Cercetătorii au scanat inițial o movilă de termite și au creat imagini 3-D ale structurii movilei, care au dezvăluit o construcție care ar putea influența proiectarea clădirilor umane . Eastgate Center , un complex de birouri mijlocul creștere în Harare , Zimbabwe , rămâne rece printr - o arhitectură de răcire pasivă care utilizează numai 10% din energia unei clădiri convenționale de aceeași dimensiune.
Cercetătorii de la Universitatea Sapienza din Roma au fost inspirați de ventilația naturală din movilele de termite și au proiectat o fațadă dublă care reduce semnificativ zonele luminate dintr-o clădire. Oamenii de știință au imitat natura poroasă a pereților movilelor prin proiectarea unei fațade cu panouri duble care a fost capabilă să reducă căldura obținută prin radiații și să crească pierderile de căldură prin convecție în cavitatea dintre cele două panouri. Sarcina totală de răcire a consumului de energie al clădirii a fost redusă cu 15%.
O inspirație similară a fost extrasă din pereții poroși ai movilelor de termite pentru a proiecta o fațadă ventilată în mod natural cu un mic spațiu de ventilație. Acest design de fațadă este capabil să inducă fluxul de aer datorită efectului Venturi și circulă continuu aerul în creștere în fanta de ventilație. S-a observat un transfer semnificativ de căldură între suprafața exterioară a peretelui clădirii și aerul care curge peste ea. Designul este combinat cu ecologizarea fațadei. Peretele verde facilitează răcirea naturală suplimentară prin evaporare, respirație și transpirație la plante. Substratul umed al plantei sprijină în continuare efectul de răcire.
Oamenii de știință de la Universitatea din Shanghai au reușit să reproducă microstructura complexă a rețelei de conducte din lut din movilă pentru a imita controlul excelent al umidității din movile. Ei au propus un material poros de control al umidității (HCM) folosind Sepiolit și clorură de calciu cu conținut de adsorbție-desorbție a vaporilor de apă la 550 grame pe metru pătrat. Clorura de calciu este un desicant și îmbunătățește proprietatea de adsorbție-desorbție a vaporilor de apă a Bio-HCM. Bio-HCM propus are un regim de mezopori interfiberi care acționează ca un mini rezervor. Rezistența la flexiune a materialului propus a fost estimată la 10,3 MPa folosind simulări de calcul.
În ingineria structurală, Institutul Federal Elvețian de Tehnologie ( EPFL ) a încorporat caracteristici biomimetice într-o punte adaptabilă „tensegrity” implementabilă. Podul poate efectua autodiagnosticul și autorepararea. Dispunerea de frunze pe o plantă a fost adaptat pentru o mai bună colectare a energiei solare.
Analiza deformării elastice care se întâmplă atunci când un polenizator aterizează pe partea de biban în formă de teacă a florii Strelitzia reginae (cunoscută sub numele de floare de pasăre de paradis ) a inspirat arhitecții și oamenii de știință de la Universitatea din Freiburg și Universitatea din Stuttgart pentru a crea umbră fără balamale sisteme care pot reacționa la mediul lor. Aceste produse bio-inspirate sunt vândute sub numele de Flectofin.
Alte sisteme bioinspirate fără balamale includ Flectofold. Flectofold a fost inspirat din sistemul de captare dezvoltat de planta carnivora Aldrovanda vesiculosa .
Materiale structurale
Există o mare nevoie de materiale structurale noi, care sunt ușoare, dar care oferă combinații excepționale de rigiditate , rezistență și rezistență .
Astfel de materiale ar trebui fabricate în materiale în vrac cu forme complexe la volum mare și costuri reduse și ar servi o varietate de domenii, cum ar fi construcția, transportul, stocarea energiei și conversia. Într-o problemă de proiectare clasică, rezistența și rezistența sunt mai susceptibile de a se exclude reciproc, adică materialele rezistente sunt fragile și materialele dure sunt slabe. Cu toate acestea, materialele naturale cu gradienți de materiale complexi și ierarhici care se întind de la nano la macro-scale sunt atât puternice, cât și dure. În general, majoritatea materialelor naturale utilizează componente chimice limitate, dar arhitecturi materiale complexe care dau naștere la proprietăți mecanice excepționale. Înțelegerea materialelor biologice extrem de diverse și multifuncționale și descoperirea abordărilor pentru a reproduce astfel de structuri va duce la tehnologii avansate și mai eficiente. Oasele , nacrul (coaja de abalon), dinții, cluburile dactilice ale creveților stomatopode și bambusul sunt exemple excelente de materiale tolerante la deteriorare. Rezistența excepțională la fractura osoasă se datorează deformării complexe și mecanismelor de întărire care funcționează la scări de dimensiuni diferite - structura la scară nanomatică a moleculelor de proteine la scară fiziologică macroscopică.
Nacrul prezintă proprietăți mecanice similare, însă cu o structură destul de simplă. Nacrul prezintă o structură asemănătoare cărămizii și mortarului cu strat mineral gros (0,2∼0,9-μm) de structuri de aragonit strâns și matrice organică subțire (∼20-nm). În timp ce filmele subțiri și probele de dimensiuni micrometrice care imită aceste structuri sunt deja produse, producția cu succes a materialelor structurale biomimetice în vrac nu a fost încă realizată. Cu toate acestea, au fost propuse numeroase tehnici de prelucrare pentru producerea materialelor asemănătoare cu sideful.
Mineralizarea biomorfă este o tehnică care produce materiale cu morfologii și structuri asemănătoare cu cele ale organismelor vii naturale prin utilizarea bio-structurilor ca șabloane pentru mineralizare. Comparativ cu alte metode de producție a materialelor, mineralizarea biomorfă este ușoară, ecologică și economică.
Turnarea prin înghețare (modelare pe gheață), o metodă ieftină pentru a imita structurile naturale stratificate a fost folosită de cercetătorii de la laboratorul național Lawrence Berkeley pentru a crea compozite stratificate de alumină-Al-Si și IT HAP-epoxidice care se potrivesc cu proprietățile mecanice ale osului cu un mineral echivalent / conținut organic. Diverse studii ulterioare au folosit, de asemenea, metode similare pentru a produce compozite cu rezistență ridicată și rezistență ridicată care implică o varietate de faze constitutive.
Studii recente au demonstrat producerea unor construcții de țesut macroscopic coezive și auto-susținute care imită țesuturile vii prin imprimarea a zeci de mii de picături de picoliter heterologe în geometrii 3D definite de software la scară milimetrică. De asemenea, sunt depuse eforturi pentru a imita proiectarea nacrului în materialele compozite artificiale utilizând modelarea prin depunere condensată și structurile helicoidale ale cluburilor stomatopode în fabricarea compozitelor din fibră de carbon de înaltă performanță -epoxi.
Au fost utilizate, de asemenea, diverse tehnologii de fabricație aditivă, noi și stabilite, precum tipărirea PolyJet, scrierea directă cu cerneală, imprimarea magnetică 3D, imprimarea 3D asistată magnetic cu mai multe materiale și turnarea cu alunecare asistată magnetic pentru a imita arhitecturile complexe la scară mică ale materialelor naturale și pentru a oferi o capacitate uriașă. sfera cercetărilor viitoare.
Mătasea de păianjen este mai dură decât Kevlarul folosit în veste antiglonț . Inginerii ar putea folosi, în principiu, un astfel de material, dacă ar putea fi reproiectat pentru a avea o durată de viață suficient de lungă, pentru linii de parașută, cabluri de poduri suspendate, ligamente artificiale pentru medicamente și alte scopuri. Dinții auto-ascuțiți ai multor animale au fost copiați pentru a face instrumente de tăiere mai bune.
Au fost realizate, de asemenea, ceramice noi care prezintă istereză electretă uriașă.
Calculatoare neuronale
Calculatoarele și senzorii neuromorfi sunt dispozitive electrice care copiază structura și funcția neuronilor biologici pentru a calcula. Un exemplu în acest sens este camera de evenimente în care doar pixelii care primesc un nou semnal se actualizează într-o nouă stare. Toți ceilalți pixeli nu se actualizează până la primirea unui semnal.
Auto-vindecare-materiale
În unele sisteme biologice, auto-vindecarea are loc prin eliberări chimice la locul fracturii, care inițiază un răspuns sistemic la transportul agenților reparatori la locul fracturii. Acest lucru promovează vindecarea autonomă. Pentru a demonstra utilizarea rețelelor micro-vasculare pentru vindecarea autonomă, cercetătorii au dezvoltat o arhitectură microvasculară de acoperire-substrat care imită pielea umană. Au fost dezvoltate hidrogeluri de culoare structurale auto-vindecate inspirate de bio, care mențin stabilitatea unei structuri de opal invers și culorile structurale rezultate. O membrană auto-reparatoare inspirată de procese rapide de auto-etanșare în plante a fost dezvoltată pentru structuri gonflabile ușoare, cum ar fi bărci de cauciuc sau construcții Tensairity. Cercetătorii au aplicat un strat subțire de spumă poliuretanică, moale, pe interiorul unui substrat de țesătură, care închide fisura dacă membrana este perforată cu un vârf. Materiale auto-vindecătoare , polimeri și materiale compozite capabile să remedieze fisurile au fost produse pe baza materialelor biologice.
Proprietățile de auto-vindecare pot fi obținute și prin ruperea și reformarea legăturilor de hidrogen la stresul ciclic al materialului.
Suprafețe
Suprafețele care recreează proprietățile pielii de rechin sunt destinate să permită o mișcare mai eficientă prin apă. S-au depus eforturi pentru a produce țesături care emulează pielea de rechin.
Se cercetează biomimetica tensiunii superficiale pentru tehnologii precum acoperiri hidrofobe sau hidrofile și microactuatori.
Adeziune
Aderenta umeda
Unii amfibieni, cum ar fi broaștele copacilor și torentelor și salamandrele arborice , sunt capabili să se atașeze și să se deplaseze peste medii umede sau chiar inundate fără a cădea. Acest tip de organisme au tampoane care sunt umezite permanent de mucus secretat de glandele care se deschid în canalele dintre celulele epidermice. Se atașează la suprafețele de împerechere prin aderență umedă și sunt capabili să urce pe roci umede chiar și atunci când apa curge deasupra suprafeței. Banda de rulare a anvelopelor a fost, de asemenea, inspirată de tampoanele de la picioare ale broaștelor de copac .
Midiile marine se pot lipi ușor și eficient de suprafețele sub apă în condițiile dure ale oceanului. Midiile folosesc filamente puternice pentru a adera la roci în zonele inter-mare ale plajelor cu valuri, împiedicându-le să fie îndepărtate în curenți marini puternici. Proteinele piciorului midiei atașează filamentele la roci, bărci și practic orice suprafață din natură, inclusiv alte midii. Aceste proteine conțin un amestec de aminoacizi reziduuri care a fost adaptată în mod specific pentru adeziv scopuri. Cercetătorii de la Universitatea din California Santa Barbara au împrumutat și au simplificat chimiile pe care piciorul de midie le folosește pentru a depăși această provocare inginerească a aderenței umede pentru a crea copoliamfoliți și sisteme adezive monocomponente cu potențial de angajare în protocoale de nanofabricare . Alte cercetări au propus lipici adeziv de la midii .
Aderenta uscata
Plăcuțele de atașare a picioarelor mai multor animale, inclusiv multe insecte (de exemplu, gândaci și muște ), păianjeni și șopârle (de exemplu, geckos ), se pot atașa la o varietate de suprafețe și sunt utilizate pentru locomoție, chiar și pe pereți verticali sau peste tavan. Sistemele de atașare din aceste organisme au structuri similare la elementele lor terminale de contact, cunoscute sub numele de sete . Astfel de exemple biologice au oferit inspirație pentru a produce roboți, cizme și bandă de cățărat. Sete sintetice au fost, de asemenea, dezvoltate pentru producerea de adezivi uscați.
Optică
Materialele biomimetice câștigă o atenție tot mai mare în domeniul opticii și fotonicii . Există încă produse bioinspirate sau biomimetice puțin cunoscute care implică proprietățile fotonice ale plantelor sau animalelor. Cu toate acestea, înțelegerea modului în care natura a proiectat astfel de materiale optice din resurse biologice este un domeniu actual de cercetare.
..jpg)
Inspirație din fructe și plante
De exemplu, auto-asamblarea chirală a celulozei inspirată de boabele Pollia condensata a fost exploatată pentru a realiza filme optic active. Astfel de filme sunt realizate din celuloză, care este o resursă biodegradabilă și bio-bazată, obținută din lemn sau bumbac. Culorile structurale pot fi etern și pot avea o culoare mai vibrantă decât cele obținute prin absorbția chimică a luminii. Pollia condensata nu este singurul fruct care prezintă o piele colorată structural; irizarea se găsește și în fructele de pădure ale altor specii, cum ar fi Margaritaria nobilis . Aceste fructe prezintă culori irizate în regiunea albastru-verzui a spectrului vizibil, ceea ce conferă fructului un aspect vizual puternic metalic și strălucitor. Culorile structurale provin din organizarea lanțurilor de celuloză din epicarpul fructului , o parte a pielii fructului. Fiecare celulă a epicarpului este formată dintr-un plic multistrat care se comportă ca un reflector Bragg . Cu toate acestea, lumina care se reflectă de pe pielea acestor fructe nu este polarizată spre deosebire de cea care rezultă din replicatele artificiale obținute din auto-asamblarea nanocristalelor de celuloză în helicoizi, care reflectă doar lumina polarizată circular stângaci .
Fructul Elaeocarpus angustifolius prezintă, de asemenea, culoarea structurală care provine din prezența celulelor specializate numite iridosomi care au structuri stratificate. Iridosomes similare au fost , de asemenea , găsite în Delarbrea michieana fructe.
La plante, structurile multistrat pot fi găsite fie la suprafața frunzelor (deasupra epidermei), cum ar fi în Selaginella willdenowii, fie în organele intra-celulare specializate , așa-numitele iridoplaste, care se află în interiorul celulelor din epiderma superioară. De exemplu, plantele din pădurea tropicală Begonia pavonina au iridoplaste situate în interiorul celulelor epidermice.
Culorile structurale au fost găsite și în mai multe alge, cum ar fi în alga roșie Chondrus crispus (mușchi irlandez).
Inspirație de la animale
Colorarea structurală produce culorile curcubeului ale bulelor de săpun , aripilor de fluture și a multor solzi de gândaci. Separarea fazelor a fost utilizată pentru a fabrica membrane de împrăștiere ultra- albe din polimetilmetacrilat , imitând gândacul Cyphochilus . Luminile cu LED pot fi proiectate pentru a imita tiparele solzilor de pe abdomenul licuricilor , îmbunătățind eficiența acestora.
Aripile de fluture Morpho sunt colorate structural pentru a produce un albastru vibrant care nu variază în funcție de unghi. Acest efect poate fi mimat de o varietate de tehnologii. Lotus Cars susține că a dezvoltat o vopsea care imităculoarea albastră structurală a fluturelui Morpho . În 2007, Qualcomm a comercializat otehnologie de afișare a modulatorului interferometric , „Mirasol”, utilizândinterferențe optice de tip Morpho . În 2010, croitoreasa Donna Sgrofăcut o rochiela Heliu Teijin ' Morphotex , un material nevopsit țesute din fibre colorate structural, imitarea microstructura morfo - scale fluture.
Structura de lungime de undă a Canon Inc. a acoperirii folosește structuri în formă de pană de mărimea lungimii de undă a luminii vizibile. Structurile în formă de pană determină un indice de refracție în continuă schimbare, pe măsură ce lumina se deplasează prin acoperire, reducând semnificativ flacără . Aceasta imită structura ochiului de molie. Cifre notabile precum frații Wright și Leonardo da Vinci au încercat să reproducă zborul observat la păsări. Într - un efort de a reduce zgomotul de aeronave cercetătorii au analizat la marginea de conducere de pene bufniță, care au o serie de finlets mici sau cocean + adaptată pentru a dispersa o presiune aerodinamică și să ofere zbor aproape tăcut pasărea.
Sisteme agricole
Pășunatul planificat holistic , folosind garduri și / sau păstori , încearcă să refacă pajiștile prin planificarea atentă a mișcărilor de turme mari de animale pentru a imita vastele turme găsite în natură. Sistemul natural care este mimat și folosit ca șablon este pășunatul animalelor concentrate de prădători de pachete care trebuie să meargă mai departe după ce au mâncat, au călcat și au îngrășat o zonă și s-au întors numai după ce s-au recuperat complet. Dezvoltată de Allan Savory , care, la rândul său, a fost inspirată de opera lui André Voisin , această metodă de pășunat deține un potențial extraordinar în construirea solului, creșterea biodiversității, inversarea deșertificării și atenuarea încălzirii globale, similar cu ceea ce a avut loc în ultimii 40 de milioane de ani ca expansiunea ecosistemelor de pășunat de iarbă a construit soluri adânci de pajiști , sechestrând carbonul și răcind planeta.
Permacultura este un set de principii de proiectare centrate pe sisteme întregi care gândesc, simulează sau utilizează direct modelele și caracteristicile rezistente observate în ecosistemele naturale. Acesta folosește aceste principii într-un număr tot mai mare de domenii din agricultura regenerativă , reimbrățire, comunitate și proiectare și dezvoltare organizațională.
Alte utilizări
Unele sisteme de aer condiționat folosesc biomimicry în ventilatoarele lor pentru a crește fluxul de aer , reducând în același timp consumul de energie.
Tehnologii precum Jas Johl au speculat că funcționalitatea celulelor vacuole ar putea fi utilizată pentru a proiecta sisteme de securitate extrem de adaptabile. "Funcționalitatea unei vacuole, o structură biologică care protejează și promovează creșterea, luminează valoarea adaptabilității ca principiu director pentru securitate." Funcțiile și semnificația vacuolelor sunt de natură fractală, organitul nu are formă sau dimensiune de bază; structura sa variază în funcție de cerințele celulei. Vacuolele nu numai că izolează amenințările, conțin ceea ce este necesar, exportă deșeuri, mențin presiunea - de asemenea, ajută la extinderea celulelor și la creștere. Johl susține că aceste funcții sunt necesare pentru orice proiectare a sistemului de securitate. Seria Shinkansen 500 utilizat biomimicry pentru a reduce nivelul consumului de energie și de zgomot în timp ce creșterea confortului pasagerilor. Cu referire la călătoriile spațiale, NASA și alte firme au căutat să dezvolte drone spațiale de tip roi inspirate de tiparele comportamentale ale albinelor și drone terestre oxtapode concepute cu referire la păianjenii deșertului.
Alte tehnologii
Plierea proteinelor a fost utilizată pentru a controla formarea materialului pentru nanostructuri funcționale auto-asamblate . Blana de urs polar a inspirat designul colectoarelor termice și al îmbrăcămintei. Proprietățile de refracție la lumină ale ochiului moliei au fost studiate pentru a reduce reflectivitatea panourilor solare.
Gîndacul Bombardier e puternic spray de respingător inspirat o companie suedeză de a dezvolta o «ceață micro» spray de tehnologie, care se pretinde a avea un impact redus de carbon ( în comparație cu aerosoli spray - uri). Gândacul amestecă substanțe chimice și își eliberează spray-ul printr-o duză orientabilă la capătul abdomenului, înțepând și confuzând victima.
Majoritatea virușilor au o capsulă exterioară cu diametrul de 20 până la 300 nm. Capsulele virale sunt remarcabil de robuste și capabile să reziste la temperaturi de până la 60 ° C; sunt stabile în intervalul pH 2-10. Capsulele virale pot fi folosite pentru a crea componente de dispozitiv nano, cum ar fi nanofire, nanotuburi și puncte cuantice. Particulele tubulare de virus, cum ar fi virusul mozaicului tutunului (TMV), pot fi utilizate ca șabloane pentru a crea nanofibre și nanotuburi, deoarece atât straturile interioare cât și exterioare ale virusului sunt suprafețe încărcate care pot induce nucleația creșterii cristalelor. Acest lucru a fost demonstrat prin producerea de nanotuburi de platină și aur folosind TMV ca șablon. Particulele de virus mineralizate s-au dovedit a rezista la diferite valori ale pH-ului prin mineralizarea virusurilor cu diferite materiale precum siliciu, PbS și CdS și, prin urmare, ar putea servi ca purtători utili de material. Un virus sferic al plantei numit virusul clopotului clorotic al cowpea (CCMV) are proprietăți interesante de expansiune atunci când este expus la medii cu pH mai mare de 6,5. Peste acest pH, 60 de pori independenți cu diametre de aproximativ 2 nm încep să schimbe substanța cu mediul. Tranziția structurală a capsidei virale poate fi utilizată în mineralizarea biomorfică pentru absorbția selectivă și depunerea mineralelor prin controlul pH-ului soluției. Aplicațiile posibile includ utilizarea cuștii virale pentru a produce nanoparticule semiconductoare cu puncte cuantice de formă și dimensiuni uniforme printr-o serie de spălări cu pH. Aceasta este o alternativă la tehnica cuștii apoferritinei utilizată în prezent pentru sintetizarea nanoparticulelor CdSe uniforme. Astfel de materiale ar putea fi, de asemenea, utilizate pentru livrarea țintită a medicamentului, deoarece particulele eliberează conținut la expunerea la niveluri specifice de pH.
Vezi si
- Fotosinteza artificială
- Enzimă artificială
- Enzimă artificială § Nanozime
- Calcul bio-inspirat
- Bioinspirație și biomimetică
- Sinteza biomimetică
- Sechestrarea carbonului
- Inginerie inversă
- Biologie sintetică
Referințe
Lecturi suplimentare
- Benyus, JM (2001). De-a lungul a venit un păianjen . Sierra, 86 (4), 46-47.
- Hargroves, KD & Smith, MH (2006). Inovație inspirată de natură Biomimicry . Ecos, (129), 27-28.
- Marshall, A. (2009). Wild Design: The Ecomimicry Project , North Atlantic Books: Berkeley.
- Passino, Kevin M. (2004). Biomimicry pentru optimizare, control și automatizare. Springer.
- Pyper, W. (2006). Emulând natura: ascensiunea ecologiei industriale . Ecos, (129), 22-26.
- Smith, J. (2007). Este firesc . The Ecologist, 37 (8), 52-55.
- Thompson, D'Arcy W. , Despre creștere și formă . Dover 1992 reeditare din 1942 ediția a II-a. (Prima ediție, 1917).
- Vogel, S. (2000). Labele și catapultele pisicilor: lumi mecanice ale naturii și ale oamenilor . Norton.
linkuri externe
- Biomimetice MIT
- Sex, Velcro și Biomimicry cu Janine Benyus
- Janine Benyus: Biomimicry in Action din TED 2009
- Design by Nature - National Geographic
- Michael Pawlyn: Folosirea geniului naturii în arhitectură din TED 2010
- Robert Full arată cum inginerii umani pot învăța din trucurile animalelor din TED 2002
- The Fast Draw: Biomimicry din CBS News