Biomimikry Wie die Natur die heutige Technologie inspirierte
Technologie und Natur werden traditionell als abweichende Kräfte betrachtet - Technologie war oft ein Mittel, um Objekte oder Energien zu schaffen, die in unserer Umgebung nicht natürlich vorkommen. Neue Ansätze für die Produkt- und Technologieentwicklung, wie z Biomimikry und generatives Design haben begonnen, diesen Trend umzukehren.
Generatives Design ist der Prozess, bei dem der Rahmen einer Idee in eine Reihe von Regeln umgesetzt wird, die von einem leistungsstarken Computer interpretiert werden. Durch die Simulation von Tausenden von Variationen unter Verwendung von Hochleistungsrechnen wird dieser Prozess verwendet ahmt den natürlichen Prozess der Evolution nach.
Jeff Kowalski, Chief Technology Officer bei Autodesk, beschreibt den generativen Designprozess, “Algorithmen für maschinelles Lernen in Computern können jetzt Muster erkennen, die Millionen 3D-Modellen innewohnen, und Taxonomien generieren, ohne dass der Mensch dies zulässt oder eingreift.” Biomimikry ist “ein Ansatz zur Innovation, der sucht nachhaltige Lösungen für menschliche Herausforderungen durch Nachahmen der bewährten Muster und Strategien der Natur.”
Im Folgenden untersuchen wir 10 epische Beispiele für eine von der Natur inspirierte Technologie, die diese Konzepte der Biomimikry und / oder des generativen Designs nutzt.
1. Drogen und Impfstoffe - Sea Urchin
Australische Forscher haben die Art und Weise, in der Seeigel eine harte äußere Hülle bilden, repliziert, um Arzneimittel- und Impfstoffproteine vor Änderungen der Umgebungstemperatur zu schützen.
Dieses chemische Verfahren zum Erstellen einer Schutzschicht ist besonders nützlich für Anwendungen wie Arzneimittel, die in Ländern mit schlechten Transport- oder Kühlsystemen vertrieben werden.
2. Nationales Wasserzentrum, Peking - Blasenstruktur
Das ikonische Schwimm- und Tauchzentrum der Olympischen Sommerspiele 2008 in China bietet ein einzigartiges Äußeres aus hunderten extrudierten Blasen in einem scheinbar zufälligen Muster.
Dieses Blasenmuster ist jedoch nicht zufällig, sondern basiert auf der genauen Geometrie, die in natürlichen Systemen wie Zellen, Molekülstrukturen und Kristallen zu finden ist. Das Replizieren der vorhandenen Muster der Natur führt zur effektivsten Unterteilung des dreidimensionalen Abstands.
3. Singapore Esplanade Theater - Der Durian
Die Esplanade Theatres in Singapur befinden sich in einem sehr heißen Klima fast am Äquator. Sie verfügen über ein einzigartiges Design mit Glashaut, das von der dortigen Durian-Frucht inspiriert wurde.
Ein System aus Hunderten dreieckiger Aluminiumplatten ist nach der Richtung der Sonne angewinkelt und schützt den Komplex vor Hitze und direkter Sonneneinstrahlung, während er dennoch den Innenraum mit natürlichem Licht durchflutet.
4. Wassermischer - Calla Lillies
Die zentripetalen Spiralen der Calla-Lilie dienten als Inspiration für die von Pax Scientific entwickelte industrielle Wassermischtechnologie. Das natürliche Design der Lilie ist ideal, um den Wasserfluss zu unterstützen.
Die entsprechende Mischertechnologie bietet die Möglichkeit dazu “10 Millionen Gallonen mit dem gleichen Energiefußabdruck wie drei 100-Watt-Glühbirnen zu verteilen.”
5. Turbinen - Walflosse
Die Flossen der Buckelwale sind mit unregelmäßigen Kanten versehen, die als Tuberkel bezeichnet werden. Tuberkel ermöglichen nachweislich eine weitaus höhere Fluiddynamik als glatte Kanten.
Inspiriert von den unregelmäßig geformten Flossen dieser Riesenwale haben sich Unternehmen wie WhalePower und andere entwickelt “Tuberkel” Schaufeln für den Einsatz in Lüftern und Turbinen arbeiten mit einer viel höheren Effizienz als herkömmliche Schaufeln.
6. Badeanzüge - Haihaut
Die Haut eines Hais besteht aus Tausenden und Tausenden von überlappenden Skalen, die als bekannt sind “dermale Dentikel”. Diese Zähne stören die Bildung turbulenter Wasserwirbel und lassen den Hai effizienter und schneller durch das Wasser wandern.
Bei den Olympischen Spielen 2008 trugen Michael Phelps und andere Schwimmer bekanntlich Anzüge mit einem Stoff, der die Haut eines Haies nachahmen sollte, und hinterließen viele bestehende Weltrekorde. Obwohl solche Anzüge heute in Schwimmwettbewerben verboten sind, wird die Idee, die Zähne eines Hais zu imitieren, heutzutage bei Bootsrümpfen verwendet, um die Effizienz zu verbessern.
7. Bio-Batterien - der menschliche Körper
Der menschliche Körper erzeugt Energie durch die chemische Reaktion, die als Stoffwechsel bezeichnet wird. Wenn eine Person Kohlenhydrate oder Zucker zu sich nimmt, bauen die Enzyme im Körper Glukose ab und setzen Energie frei. Wissenschaftler arbeiten jetzt daran, Batterien zu schaffen, die organische Verbindungen wie Zucker verwenden, um Energie zu erzeugen: eine Biobatterie.
Forscher an verschiedenen Universitäten sowie bei Unternehmen wie Sony haben den größten Teil des letzten Jahrzehnts daran gearbeitet, eine kommerziell nutzbare Bio-Batterie zu schaffen. Im Jahr 2007 entwickelte Sony erfolgreich einen Prototyp für eine Bio-Batterie, der Enzyme verwendete, um eine ausreichende Energieabgabe (50 mW) für einen Walkman zu erzeugen.
8. Synthetisches Material - GM Spider Silk
Die Seide, die von Spinnen zum Weben ihrer Netze erzeugt wird, ist ein natürlich vorkommendes Supermaterial. Weil Spinnen territorial und kannibalistisch sind, “Ernte” Spinnenseide war noch nie kommerziell durchführbar, und selbst wenn sie einmal erhalten wurden, sind die einzelnen Fäden der Spinnenseide so fein, dass zum Spinnen der Fäden vollständige neue Spinnsysteme geschaffen werden müssten.
Bolt Threads, ein Startup mit Sitz in Emeryville, Kalifornien, hat die Herausforderung angeblich durch die Verwendung von gentechnisch veränderten Mikroorganismen gelöst. Wenn sich die Technologie als brauchbar erweist, könnte dies mögliche Anwendungsfälle beinhalten “kugelsichere Westen, biologisch abbaubare Wasserflaschen und flexible Brückenseilseile.”
9. Wasserdichte Materialien - Schmetterlingsflügel
Im Jahr 2013 entwickelte ein Team von MIT-Ingenieuren das als wasserabstoßendste Material, das jemals hergestellt wurde. Ihr Design besteht aus einem Material mit kleinen Silikonkämmen, die die Muster auf den Flügeln des Morpho-Schmetterlings nachahmen.
Das Material ist so effektiv, dass Wasser bei supercoolen Temperaturen schneller von der Oberfläche abprallt, als es gefrieren könnte, was mögliche Anwendungen der Technologie auf Flugzeugflügeln und -turbinen sowie wasserfeste Kleidung nahe legt.
10. Klebeband - Gecko-Zehen
Die Füße eines Geckos sind aufgrund ihres Gips außergewöhnlich klebrig “Gruppen von langen, dünnen spatelförmigen Strukturen Setae diese vergrößern die Oberfläche und verstärken schwache elektrische Anziehungskräfte zwischen den Zehen und einer Oberfläche.”
Kürzlich eine Gruppe von Forschern an der Stanford University entwickelte einen künstlichen Klebstoff basierend auf diesen Konzepten, die es einem Doktoranden ermöglichten, eine Glaswand zu skalieren mit zwei handgroßen Pads aus dem Material hergestellt. Abgesehen von Kletterwänden wie Spiderman bietet die Technologie potenzielle Anwendungen in der Fertigungsindustrie Ersetzen Sie vorhandene Systeme, die Saugkraft oder chemische Klebstoffe verwenden.
Anmerkung des Herausgebers: Dieser Beitrag wurde für Hongkiat.com von geschrieben Andrew Armstrong. Andrew ist ein Technologie-Enthusiast und Berater für digitales Marketing in der San Francisco Bay Area. Er lebt mit seiner Frau und seinem kleinen Sohn in San Mateo, Kalifornien. Sie können ihn auf Twitter erreichen.
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