© ROOT-NATION.com - Ezt a cikket az AI automatikusan lefordította. Az esetleges pontatlanságokért elnézést kérünk. Az eredeti cikk elolvasásához válassza a lehetőséget English a fenti nyelvváltóban.
A természet 3.8 milliárd éven át fejlődött a tökéletes túlélési folyamatokig – a madárszárnyak tervezésétől a virágbeporzásig. Ezzel szemben az ember a Föld élettartamának csak egy töredékéig létezik, mégis folyamatosan ihletet keresünk a természettől. Ez idő alatt a természet egyfajta tervrajzot adott az emberiségnek, amelyet követni kell.
A természet egyediségében tökéletes, hatékony, erőforrás-takarékos és önfenntartó. Az általa kifejlesztett terveket és folyamatokat több millió éven keresztül tesztelték, bizonyítva hatékonyságukat sokféle környezetben.
Például az a hatszögletű szerkezet, amelyet a méhek a kaptáruk felépítéséhez használnak. A geometria nagy szilárdsága és stabilitása ideálissá teszi a méhek számára, miközben hatékonyan használ minimális mennyiségű anyagot. Manapság az emberek különféle területeken alkalmazzák ezt a szerkezetet, a repülőgépektől és az űrjárművektől az építésig és a csomagolásig. A biomimikri a természetes tervek és eljárások gyakorlati felhasználású tanulmányozását és utánzását jelenti. Ebben a cikkben megvizsgálunk néhány, a természet által kínált terveket és eljárásokat, valamint azt, hogy hogyan alakították át őket fenntarthatóbb, ember alkotta struktúrák létrehozásához.
Repülők
A biomimikri leghíresebb és legrégebbi példája a repülőgép. Úgy tartják, hogy a galambok repülése ihlette a Wright fivéreket az első repülőgép megalkotására, amelyet 1903-ban indítottak útjára. A madár alakjától és szárnyainak működésétől kezdve egészen a levegőben való siklásig ezek az elemek mind szolgáltak. mint a modern repülőgépek tervrajzai. Ezeket a jellemzőket alaposan tanulmányozzák, és a tudósok igyekeznek megismételni őket.
A repülőgép-tervezők úgy alakítják a szárnyakat, hogy utánozzák a madárszárny ívelt felületét, így a légnyomás különbséget hoznak létre a szárny felett és alatt az emelés érdekében. A repülőgép farkánál lévő kormányok a madár farktollait utánozzák, hogy egyensúlyt és irányszabályozást biztosítsanak. A természetes tervezési elvek alkalmazásával a tudósok a levegőnél nehezebb gépet hoztak létre, amely képes áthaladni az égen. A kereskedelmi repülőgépek mellett a madarak, a libákhoz hasonlóan, V alakú formációját is tanulmányozták.
A V-alakú formáció segít megőrizni az energiát azáltal, hogy elfogja az elöl haladó madár felfelé irányuló áramlását, csökkentve a mögötte lévő madárnak a levegőben maradáshoz szükséges energia mennyiségét. A katonai osztagok ezt az elvet alkalmazzák az energiahatékonyság maximalizálása érdekében.
Olvassa el: A jövő 8 legjobb katonai technológiája, amelyre ma kell figyelni
Tépőzár
George de Mestral svájci mérnök 1941-ben találta fel a tépőzárat, miután visszatért egy erdei sétából, és észrevette, hogy a bojtorján a ruhájára és a kutya szőrére tapadt sorja. Amikor mikroszkóp alatt megvizsgálta őket, de Mestral látta, hogy a sorjákon apró horgok vannak a magokon, amelyek hatására a ruhákba és a szőrzetbe kapaszkodtak.
A horog kialakítása ihlette de Mestral a tépőzárat – egy két részből álló rendszert. Az egyik oldalon apró horgok, míg a másik oldalon kis hurkok voltak. Amikor a két oldalt összenyomták, a horgok beleakadtak a hurkokba, és erős kötést alkottak. A csatlakozást azonban úgy tervezték, hogy elég erős legyen ahhoz, hogy megtartsa, de elég könnyen szétválasztható legyen kellő erővel.
Ma a tépőzárat számos cikkben használják, a ruházattól és táskától kezdve az orvosi kötszerekig és kábelrendezőkig. Valójában, NASA tépőzárat is használtak tárgyak rögzítésére nulla gravitációs körülmények között. Az egyszerű, de hatékony magszóró kialakítás ihlette a tépőzár a mindennapi élet mindenütt jelenlévő elemévé vált. A gombok és cipzárak alternatívájaként szolgál, és olyan előnyöket kínál, mint a könnyű használat, az újrafelhasználhatóság és a hatékonyság.
Olvassa el: Milyenek lesznek a jövő személyvonatai
termeszek
A termeszhalmok egy figyelemre méltó építmény, amelyet a termeszek hoztak létre, hogy menedéket nyújtsanak és szabályozzák kolóniájuk életkörnyezetét. A talajból, rágott fából, koszból és nyálból készült halmok központi, füstszerű szellőzőszerkezettel rendelkeznek, amely földalatti alagutakhoz és kamrákhoz kapcsolódik. Ez a kialakítás segít fenntartani az optimális környezetet a föld alatti területeken.
A központi szerkezeten keresztül felemelkedik a forró levegő, így az alsó nyílásokon keresztül hidegebb levegő jut be. Ez biztosítja a halmokon belüli környezet fenntartását a külső körülményektől függetlenül. A kialakítás megkönnyíti a szellőzést és a gázcserét is. Ezek a szerkezetek akár 9 méter magasságot is elérhetnek, és évtizedekig megállják a helyüket, bizonyítva tartósságukat.
A termeszdombok ihlette építészek olyan épületeket terveztek, amelyek ezt a szerkezetet utánozzák. Az egyik legismertebb példa a zimbabwei Eastgate Center. A Mike Pearce által tervezett Eastgate Center célja, hogy szabályozott klímát tartson fenn a meleg éghajlaton az utasok számára, miközben csökkenti a hűtéshez szükséges energiafogyasztást.
Olvassa el: Miért emelkednek a kriptovaluták Trump győzelme után: magyarázat
Öntisztító felületek
Annak ellenére, hogy zavaros vízben van, a lótusz tiszta marad levelei ultrahidrofób természetének köszönhetően. Apró, viasszal borított dudorok borítják a lótuszlevél felületét, amitől a vízcseppek legurulnak, szennyeződést és törmeléket hordva magukkal. A levél felületén lévő nanostruktúrák (ezek az apró dudorok) csökkentik a vízcseppek tapadását, lehetővé téve, hogy felszívják a porszemcséket. Ezt a jelenséget „lótuszeffektusnak” nevezik, ezt a kifejezést először 1977-ben Barthlott és Ehler vezette be, akik a lótuszlevél öntisztító tulajdonságait írták le.
Azóta a tudósok olyan bevonatokat kutatnak, amelyeket lótuszlevelek ihlettek, és amelyek öntisztulóak. Az amerikai Sto Corp. a lótusz effektus ihlette festéket fejlesztett ki, amely taszítja a szennyeződéseket és a piszkot.
Ezzel a módszerrel az öntisztuló festékek, szövetek és bevonatok mellett napkollektorokhoz, forgalomirányító érzékelőkhöz és napellenzőkhöz is fejlesztenek anyagokat.
Olvassa el: Milyenek lesznek a jövő utasszállító repülőgépei
Japán nagysebességű vonatok
A jégmadár hihetetlenül mozgékony és gyors madarak, amelyek lecsapnak a zsákmányra, hogy elkapják. Csendesen közelednek, különösen víztestek közelében, hogy elkerüljék a fogás megijedését. A jégmadár csőrének egyedi kialakítása adja ezt az előnyt. Keskeny, hosszú és hegyes csőrrel rendelkezik, amelynek átmérője a csúcstól az alapig növekszik. Ez a kialakítás segít elosztani a vízbe ütközéskor keletkező nyomást, csökkenti a fröccsenő zajt, és hatékony, csendes és stabil merülést biztosít.
A Shinkansen nagysebességű vonatot kifejlesztő japán mérnökök kezdetben azzal a problémával szembesültek, hogy a vonat elején keletkező légköri nyomás okozta hangos alagút-boom.
A probléma megoldása érdekében a mérnökök a jégmadár csőrének kialakítását vizsgálták. Újratervezték a vonat elejét, hogy utánozzák a csőr alakját, kiküszöbölve az alagút gémjét. Ez a kialakítás azt is lehetővé tette, hogy a vonat 10%-kal gyorsabban haladjon, és 15%-kal kevesebb áramot fogyasztson.
Olvassa el: Europa Clipper: Minden, amit tudnod kell a legnagyobb űrhajó kilövése előtt
A cápabőr által ihletett innovációk
A cápák gyorsaságukról és víz alatti úszástudásukról ismertek. Nem meglepő, hogy a tudósok megpróbálták lemásolni a cápabőrt különféle alkalmazásokhoz, beleértve a fürdőruhák és antibakteriális bevonatok készítését. A cápa bőre apró, fogszerű struktúrákból, úgynevezett dermális fogsorokból áll, amelyek egyik irányban simának, a másik irányban fogazottnak tűnnek. Ezek a dermális fogsorok két funkciót töltenek be: védőpáncélként működnek, és fokozzák a vízben való mozgást.
A kifejezés dermális fogsor hatékony eszköznek bizonyult a cápák számára. Azáltal, hogy fogazott éleikkel megzavarják a víz áramlását, a bőrfogak csökkentik a cápa által a vízben való mozgás során tapasztalt vontatást, lehetővé téve a gyors, hatékony és csendes úszást. Ezek a struktúrák azt is megakadályozzák, hogy a mikroorganizmusok a cápa bőréhez tapadjanak. A bőr felszínén lévő apró bordák megakadályozzák, hogy a nem kívánt stopposok szabad utat kapjanak.
Ez az egyedülálló felület ihlette a tudósok fürdőruhákhoz, hogy javítsák a teljesítményüket. Ezek a fürdőruhák olyan sikeresek voltak az olimpiai játékokon, hogy az egyiket, a Speedo LZR Racert a Nemzetközi Úszószövetség kitiltotta.
Egyes kutatók azonban azzal érvelnek, hogy a cápabőr ihlette fürdőruhák valójában inkább növelik a légellenállást, mint csökkentik azt. A cápa teste sokkal rugalmasabb, mint az emberé, ezért a dermális fogsor csökkenti az ellenállást. Míg a fürdőruhákat a cápa bőrének megfigyelésével fejlesztették ki, sikerük inkább egy próba-szerencse folyamat mellékterméke lehet, nem pedig a cápa hidrodinamikai előnyeinek közvetlen megismétlése.
A cápabőrt az orvosi technológiák, például a kórházi falakra felvitt műanyag lapok fejlesztése céljából is tanulmányozták. Ezek a lapok segítenek megakadályozni a baktériumok és más káros mikroorganizmusok terjedését, mivel nem tudnak megtapadni a falakon.
Olvassa el: Végpontok közötti titkosítás: mi ez és hogyan működik
Méhsejt szerkezetek
Amint azt a bevezetőben említettük, a méhek által használt méhsejtszerkezet rendkívül hatékony geometriai forma. Az ok, amiért a méhek a hatszögletű formát választották, Charles Darwin kora óta a tudományos érdeklődés tárgya, aki azt feltételezte, hogy ezt a formát a viaszgyártási folyamat optimalizálására igazították. Ez a forma maximalizálja a rendelkezésre álló tárhelyet, miközben a legkisebb mennyiségű viaszt használja fel.
1999-ben Thomas Hales amerikai matematikus bebizonyította, hogy a hatszög minimalizálja a kerületi területet és maximalizálja a helyet, miközben a legkevesebb anyagot használ fel. Ezt „méhsejt-sejtésnek” nevezik. A hatszögletű sejtek a viasz tárolásán kívül védik és megtartják a lárvákat is, így biztosítják, hogy a viasz ne olvadjon meg a meleg éghajlaton.
A méhek által ihletett tudósok geometriát alkalmaznak repülőgéptükrökben, építőanyagokban és szélturbinák lapátjaiban. A tervezés az erőforrás-hatékonyságra, a súly- és anyagköltségek csökkentésére összpontosít.
Pontosabban, a James Webb Űrteleszkóp (JWST) tükrei 18 hatszögletű szegmensből állnak, méhsejt mintázatban elhelyezve. Ez a geometria maximalizálja a felületet a fény rögzítéséhez, miközben megőrzi a szerkezeti integritást és minimalizálja a súlyt, ami kulcsfontosságú az űrmissziók számára.
Ez csak néhány példa a biomimikrire és arra, hogy a természet hogyan inspirál hatékony tervezéseket és innovációkat. Ez a lista egyáltalán nem teljes, és csak a természet által a struktúrákban és folyamatokban végzett fejlesztéseket érinti. Manapság számos természeti rendszer és folyamat létezik, amelyeket a tudósok tanulmányoznak a meglévő technológiák fejlesztése érdekében.
A természet folyamatosan fejlődik és optimalizálja rendszereit, ami nem csak a természet hasznára válik, hanem arra is ösztönzi az embereket, hogy olyan innovációkat hozzanak létre, amelyekből ihletet meríthetnek.
Ha érdeklik a repüléssel és űrtechnológiával kapcsolatos cikkek és hírek, akkor meghívjuk új projektünkre AERONAUT.media.
Olvassa el:
- 6 interkontinentális ballisztikus rakéta (ICBM), amely véget vethet a világnak
- Hogyan válasszunk kerékpárt: Útmutató kezdőknek és
