Britský architekt Michael Pawlyn považuje přírodu za „katalog produktů“, který vysvětluje v TED Talk, „těží z období výzkumu a vývoje 3, 8 miliardy let.“
"Vzhledem k této úrovni investic, " říká dále, "má smysl ji používat."
I když se nová technologie může někdy cítit podivně, téměř na jiných místech světa, budoucnost inovací ve skutečnosti zahrnuje výzkumné pracovníky, kteří lépe chápou přírodní svět kolem nás. A vynálezci chytají, čím dál tím více zahrnují biomimikrii nebo proces navrhování produktů tak, aby fungoval jako zvířata a rostliny po jemném doladění evoluce. Od kudlanky krevetky po rožni včely nezanechávají inženýři žádný inspirace bez kamene.
Zde je pět nedávných objevů v přírodním světě, které by jednoho dne mohly vést k novým vynálezům.
Krevety Mantis mají extrémně tvrdé brnění vyrobené z nárazuvzdorné mikrostruktury.
Krevety Mantis jsou chmurní malí ďáblové, kteří se nevzdávají boje - dokonce ani s vlastním druhem. Je pozoruhodné, že dvě kudlanky garnátové to dokážou vytáhnout a poté zůstat nezraněné. Je to proto, že tvrdí malí bojovníci jsou zakrytí v super silném brnění po zádech. Brnění, nazývané telsony, vypadalo a chovalo se jako štíty, když se kaskádovaly dolů ocasem korýše.
Vědci z University of California, Riverside studovali strukturu a mechaniku těchto telsonů a zjistili, že klíčem k jejich houževnatosti se jeví spirálovité lešení pod každým štítem. V nedávné studii v časopise Advanced Functional Materials inženýři a jejich kolegové vysvětlují, že helikoidní struktura zabraňuje růstu trhlin a změkčuje dopad tvrdého zásahu. O podobně zkroucené architektuře je známo, že v drápu krevety existuje a používá se k úderům na její území. Krevety jasně vyvinuly perfektní brnění.
Jednoho dne bychom mohli vidět takovou mikrostrukturu odolnou proti nárazům, kterou vědci patentovali v roce 2016, ve sportovním vybavení, brnění pro policisty a armádu, dronech, lopatkách větrných turbín, leteckých materiálech, autech, vojenských vozidlech, letadlech, vrtulnících, jízdní kola a námořní plavidla. David Kisailus, profesor chemického a environmentálního inženýrství na University of California, Riverside a autor studie, v podstatě vysvětluje v e-mailu časopisu Smithsonian : „Kdekoli je snížená hmotnost kritická, je však nutná houževnatost a síla.“
Kisailus si myslí, že toto zjištění bude mít v nejbližší době největší dopad na sportovní zboží, protože čas na uvedení na trh výrobků, jako jsou helmy a chrániče holení, je kratší než u komerčních letadel. Vědci vyrobili prototypovou helmu pro použití ve stavebnictví i pro fotbal. Kisailus dodává, „z dlouhodobého hlediska si myslím, že větší, globálnější dopad bude mít na dopravu, protože snížená hmotnost s vyšší silou sníží spotřebu paliva a emise.“
Semena pampelišky odhalují nově objevenou formu přirozeného letu.
Ve studii pampelišek byla odhalena forma letu, která ještě nebyla vidět. (Cathal Cummins) Způsob, jakým semena pampelišky bez námahy unášejí vítr, zachycuje lesknoucí se sluneční světlo, když padají na zem, má určitou zjednodušující krásu, kterou by bylo obtížné navrchu. Ale jak vědci zjistili loni na podzim, neviditelná cesta, kterou její jemný štětinový padák zanechává, je ještě úžasnější - a jeho studium by mohlo vést k opravdu skvělému pokroku v monitorování letu dronů a monitorování znečištění ovzduší.
Vědci věděli, že mechanismus, který semena nese tak bez námahy, byla jeho jemná koruna slonovinových vláken, která se podobají koštěti koše. Prostě si nebyli jisti, jak přesně tento padák-jako chmúr fungoval vzhledem k tomu, že svazek semen pampelišky je většinou tvořen prázdným prostorem. Vědci na univerzitě v Edinburghu proto vytvořili větrný tunel, který testoval semena, a objevili tak „novou třídu tekutinového chování“, uvádí James Gorman pro New York Times . Vzduch proudí vlákny a zanechává za sebou vířící stopu vzduchu, neboli tzv. Vířivý prsten. Kroužek zvyšuje tažení semene, takže let je čtyřikrát účinnější než u klasického padáku.
Vědci, kteří vysvětlili toto zjištění ve studii zveřejněné v časopisu Nature, doufají, že to inspiruje inženýry k vynalézání malých samohybných robotů, které by vyžadovaly malou až žádnou spotřebu energie k letu.
"Svazek štětin inspirovaný pampelišky by mohl být použit k vznášení se ve vzduchu, který by nesl něco jako fotoaparáty nebo senzory, místo semen, " říká Naomi Nakayama, biolog na Edinburghské univerzitě a autor studie, v e-mail Smithsonian . "Stejně jako pampeliška, mohli zůstat na vodě po dlouhou dobu, byli schopni sledovat a zaznamenávat kvalitu ovzduší, směr nebo rychlost větru a možná nějaké lidské činnosti, aniž by si lidé všimli, že jsou kolem, protože jsou tak maličcí."
Žraloci Mako jsou díky svým flexibilním měřítkům rychlé.
Toto je fotografie krátkých žraločích mako žraloků, které každá měří asi 0, 2 milimetru na délku. Přední řada vah byla ručně stočena do maximálního úhlu asi 50 stupňů. (Phil Motta na University of South Florida) Žraloci Mako jsou podivínští rychle, proto se jim někdy říká mořští gepardi. Mohou dosáhnout až 70 až 80 mil za hodinu. Ale jak se dostanou tak rychle? Odpověď leží s malými stupnicemi na jejich boku a ploutvemi. Ale přesně to, jak jejich hladká kůže pomáhá jejich rychlosti, je zvláštním zájmem leteckých inženýrů, s financováním od Boeingu a americké armády, kteří chtějí navrhnout nový materiál pro snížení odporu a zvýšení pohyblivosti letadel, podle tiskové zprávy American Physical Society. .
Flexibilní stupnice na boku a ploutvích žraloků mako jsou dlouhé jen jednu pětinu milimetru. Pokud byste chtěli žraloka mazlit jako kočku, od hlavy k ocasu ( Poznámka editora: Nedoporučujeme to .), Jeho stupnice by se cítila hladká. Pokud byste však ruku uchopili opačným směrem, cítila by se kůže spíše jako brusný papír, přičemž váhy se ohýbaly dozadu až do maximálního úhlu 50 stupňů v závislosti na poloze těla, s nejflexibilnějšími měřítky za žábry. Podle tiskové zprávy flexibilita váhy udržuje tok v pohybu vpřed v blízkosti pokožky a brání tomu, co se nazývá „separace toku“.
Oddělení toku je také nepřátelskou jedničkou, pokud jde o letadlo. Tento koncept lze snadno demonstrovat vystrčením ruky z pohybujícího se okna automobilu tak, aby dlaň směřovala k větru. Vaše dlaň je pod větším tlakem než hřbet vaší ruky, takže se vaše ruka tlačí dozadu. K tomu dochází, protože proud vzduchu se odděluje po stranách ruky a vytváří nízkotlakou oblast nebo se probouzí za vaší rukou. Oddělení toku se však může stát na efektivnějším těle, jako je žralok. Tam přicházejí váhy: pomáhají řídit tok, čímž snižují odpor a nechávají zvíře plavat rychleji as větší ovladatelností.
"Spekulovali jsme, že v určitém okamžiku bychom mohli navrhnout pásku, která by mohla být strategicky aplikována na povrchy letadel, jako jsou lopatky rotoru vrtulníku, křídla nebo určitá místa na trupu, kde dochází k oddělení toku, což způsobuje zvýšení odporu nebo snížení výkonu nebo manévrovatelnost, “říká Amy Lang, letecký inženýr na Alabamské univerzitě, který představil práci na březnovém setkání americké fyzické společnosti v Bostonu v e-mailu Smithsonianovi .
Lang obdržela v roce 2014 patent, který říká, že „na základě raných konceptů jsme měli o tom, jak funkce žraločí kůže funguje a jak bychom ji mohli aplikovat na upravený povrch.“ Spolu se svým týmem vytvářejí 3D tištěné modely mako žraločí kůže a naděje získat více výsledků z jejich testování ve větrných a vodních tunelech v příštím roce. "Doufáme, že ve spolupráci s průmyslem podáme aktualizovaný patent, protože povrch vytvořený člověkem je vytvořen pro skutečné aplikace, " dodává.
Včely kombinují plevel a květový olej a vytvářejí lepidlo.
Včely létají z květu na květ, shromažďují pyl a ukládají ho na své tělo, aby vzaly zpět do úlu. Co když ale překvapí letní dešťová sprcha? Nikdy se nebojte, včely pro to mají řešení: lepkavá kaše jejich sliny a oleje z květů, které mění pyl na pelety odolné vůči vodě. Věda, která stojí za touto gooey kombinací, může inspirovat i high-tech lepidla, která se lepí, když chcete, ale v případě potřeby také uvolňují.
"Chtěli jsme vědět, jestli pyl může zůstat tak pevně připoután k zadním nohám včel, jak to dokážou včely odstranit, když se vrátí do úlu, " řekl Carson Meredith, inženýr společnosti Georgia Tech a vedoucí autor na studie zveřejněná v březnu v tiskové zprávě Nature Communications .
V zásadě to funguje takto: Bee spit je na začátku trochu lepkavý, protože pije nektar. Pliva zakrývá pyl, když jej včely sbírají. Pak oleje z květin potahují plivavou pylovou kouli. Tato technika vrstvení je dokonalou směsí pro odrazení neočekávané vlhkosti.
"Funguje to podobně jako vrstva oleje na vaření pokrývající kaluž sirupu, " řekla Meredith ve zprávě. "Olej odděluje sirup od vzduchu a výrazně zpomaluje sušení."
Rychlost je také klíčovým faktorem, jak se zdá. To vychází z toho, co se nazývá citlivost citlivá na rychlost, což znamená „čím rychleji se síla pokouší odstranit, tím více bude odolávat“, podle tiskové zprávy. Když včely používají koordinované, pomalé pohyby se zadními nohami k odstranění pylových koulí, snadno se uvolní. Pokud se ale padající dešťová kapka srazí s jednou z koulí, intenzivněji přilne.
Takové aplikace lepidla se velmi liší. Meredith v e-mailu zaslaném Smithsonianskému magazínu vysvětluje, že bioinspirované lepidlo by prosperovalo v oblastech, kde síla není nejvyšší prioritou, ale „kde musí být adheze přizpůsobitelná, laditelná, reagující na podněty nebo spojená s dalšími vlastnostmi, jako je poživatelnost, biokompatibilita nebo odolnost proti vlhkosti. “
Spolupracuje s lékařskými i kosmetickými společnostmi. (Pokud jste někdy zjistili, že odstraňujete tvrdohlavý nepromokavý make-up, rozumíte požadavku na řešení.) „V těchto polích člověk často žádá přilnavost, která za určitých okolností může držet povrchy pohromadě, ale pak může být uvolněna na požádání nebo kdy je překročena určitá podmínka (rychlost, síla, vlhkost), “vysvětluje. "To zahrnuje schopnost přenášet malé částice z jednoho místa na druhé, jako při nanášení make-upu, nebo dodávat lék do určité tkáně v těle."
To není všechno: ty pylové pelety jsou přirozeně jedlé, takže by mohly být použity také v potravinách, například pro „ozdobné předměty na dortu nebo dezertu nebo na přilnavé částice, které obsahují potravinářské přísady pro chuť, živiny, konzervační látky, barvu atd., “Vysvětluje Meredith.
Kočky jsou odborníky na duté papily na jejich jazycích.
(Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images) Kočky tráví docela značné množství času lízáním sebe. Ukazuje se, že jejich jazyk se vyvinul pro maximální efektivitu péče o pleť - a ve skutečnosti by nám mohl pomoci vylepšit kartáčky na vlasy nebo dokonce inspirovat pokroky v měkké robotice a nových druzích technologie čištění.
Kočičí klasický brusný jazyk je zakryt v zahnutých hrotech zvaných papillae, které jsou vyrobeny z keratinu nebo stejného tvrdého materiálu našich nehtů. To je část jazyka, kterou vědci z Technologického institutu v Georgii chtěli studovat, aby zjistili, jak přesně distribuuje vlhkost do kočičí srsti tak snadno.
Ukázalo se, že papily nejsou ve skutečnosti špičaté nebo ve tvaru kužele, jak naznačoval minulý výzkum. Spíše, jak inženýři Gruzínského technologického institutu popisují ve studii ve sborníku Národní akademie věd, mají tvar lopatky se dvěma dutými konci. Tento tvar vytváří povrchové napětí, které zamkne kapičky slin, dokud není čas na vyčištění. A tyto jazyky dokážou držet hodně tekutiny. Když tým testoval kočičí jazyk - darovaný post mortem -, zjistili, že každá papilla pojme asi 4, 1 mikrolitru vody, ale napříč jazykem to stačí k tomu, aby se přibližně pětina šálku vody rozdala skrz zvířecí srst den, podle National Geographic .
Papily také útočí na uzel ze čtyř různých směrů - ideální pro efektivní detangling. Vědci dokonce vytvořili štětcem inspirovaný jazyk (TIGR) pomocí 3D modelů kočičích jazyků. Požádali o patent na štětec, který by mohl být použit k aplikaci léků nebo k distribuci zanechaných šamponů a kondicionérů v srsti pro domácí mazlíčky, aby se snížilo množství alergenů.
A tým předpokládá další aplikace. "Unikátní tvar páteře by mohl být implementován do měkké robotiky, aby pomohl při sevření - předchozí studie ukázaly, že mikroháčky vynikají v přilnavosti k porézním pevným povrchům, " říká Alexis Noel, výzkumný inženýr v Gruzii Tech Research Institute a autor studie, v e-mailu. Může dokonce existovat nový způsob, jak aplikovat řasenku, dodává.
