První věc, kterou si všimnete na oddělení sbírek entomologie, divize Lepidoptera, v Smithsonianově muzeu přírodní historie, je slabý, nepolapitelně známý zápach. Mothballs. Krátce jsem přemýšlel o kosmické ironii můstků v místnosti plné můr (a motýlů, linie linií můr, které se během dne vyvinuly), než jsem se obrátil na Bob Robbinse, výzkumného entomologa. "Existuje mnoho hmyzů, které budou jíst suchý hmyz, " řekl, "takže ty škůdce jste tradičně drželi pomocí naftalenu nebo můr."
Z tohoto příběhu
[×] ZAVŘÍT
Vědci se domnívají, že duhová křídla motýla morfos by mohla být použita v technologii ve prospěch lidí
Video: Jak motýlí křídla inspirují inovaci
Související obsah
- Tento materiál inspirovaný ulity Shell by mohl zvýšit přilbu a brnění těla
- Design letadel inspirovaný přírodou a povolený technikou
- Vědci vytvářejí robota podobného červu, který se může posunout po zemi
- Když zvířata inspirují vynálezy
- Jak nás příroda dělá chytřejší
Mothballs byly vyřazeny (ve prospěch zmrazení nových exemplářů, aby zabily škůdce), ale ta přetrvávající vůně, stejně jako nekonečné šuplíky hmyzu připnuté pod sklem a pečlivě uspořádané v řadě za řadou ocelových skříní pro taxonomickou potomstvo, pouze zvyšuje pocit věku v komoře. Zdá se, že čas stojí stejně jako miliony vzorků.
Ale procházejte skrz tyto zásuvky, přesně rozmístěné eskadry lastur a západních můr a začíná se tvořit jiná myšlenka: Toto není spící úložiště, ale laboratoř, která zkoumá mimořádně úspěšný podnik. Během přibližně 150 milionů let byly tyto „produkty“ nemilosrdně prototypovány, testovány na trhu, upgradovány, vylepšovány a jinak vyráběny a vylepšovány, jak se mění svět kolem nich. Každý z těchto křehkých vzorků je balíček inovací, který čeká na pochopení a přizpůsobení.
Toto je myšlenka stále více vlivné disciplíny biomimikry: že my lidé, kteří se snažíme dělat věci pouze pro mrknutí evolučního oka, se musíme hodně poučit z dlouhých procesů přirozeného výběru, ať už je to jak učinit křídlo aerodynamičtějším nebo odolnějším městem nebo elektronickým displejem živějším. Před více než deseti lety v oblasti mikroelektromechaniky a zpracování materiálů fušoval MIT grad jménem Mark Miles. Když procházel vědeckým časopisem, zastavil ho článek o tom, jak motýli generují barvu v křídlech. Brilantní duhově modrá z různých druhů Morpho například nepochází z pigmentu, ale ze „strukturální barvy“. Tato křídla mají nanomateriálovou soustavu šindelů, jejichž tvar a vzdálenost od sebe jsou uspořádány v přesném vzoru, který narušuje vlnové délky reflexního světla vytvářející brilantní modrou. Vytvoření stejné modré z pigmentu by vyžadovalo mnohem více energie - energie, která je lépe využívána pro létání, krmení a reprodukci.
Miles přemýšlel, jestli tuto schopnost lze nějakým způsobem využít. Kde jinde byste chtěli neuvěřitelně živou barvu v tenkém balení? Samozřejmě: na displeji elektronického zařízení. Společnost Qualcomm, která získala společnost Miles vytvořenou pro vývoj technologie, ji použila ve svém displeji Mirasol. "Využíváme jevy optického rušení, " říká Brian Gally, senior ředitel produktového managementu společnosti Qualcomm. Pod skleněným povrchem se skrývá velké množství interferometrických modulátorů, v podstatě mikroskopických (10 až 50 mikronů čtverečních) zrcadel, která se pohybují nahoru a dolů v mikrosekundách a vytvářejí správnou barvu.
Stejně jako křídla motýla, „displej bere bílé okolní světlo kolem nás, bílé světlo nebo sluneční světlo a díky rušení nám pošle zpět barevný obrázek, “ říká Gally. Na rozdíl od konvenčních LCD obrazovek nemusí Mirasol generovat své vlastní světlo. „Jas displeje se automaticky přizpůsobí okolnímu světlu.“ Výsledkem je, že Mirasol spotřebuje desetinu energie LCD čtečky. Qualcomm použil displej v elektronické čtečce a nabízí jej jako licenci dalším společnostem.
Ačkoli biomimicry inspirovala lidské inovace po celá desetiletí - jedním z nejčastěji citovaných příkladů je suchý zip, který švýcarský inženýr Georges de Mestral patentoval v roce 1955 poté, co studoval, jak se jeho šaty přilepily k šupinám - lepší technologie a podrobnější výzkum umožnily stále složitější adaptace . Designový software vytvořený německým badatelem Clausem Mattheckem - a používaný v automobilech Opel a Mercedes - odráží způsob, jakým stromy a kosti distribuují sílu a zatížení. Vějíř vytvořený společností Pax Scientific si půjčuje ze vzorů vířících řas, nautilus a whelks pro efektivnější pohyb vzduchu. Skleník zavlažovaný skleníkem v katarské poušti bude používat kondenzační a odpařovací triky, které vyrostly z nosu velblouda. Nyní, částečně díky pokračujícím inovacím ve výrobě nanoměrek, výrobci uvádějí na trh rozšiřující se škálu produktů.
Biomimikry sama o sobě není produktem, ale procesem, čerpajícím z přírodních organismů a procesů, aby vyvolala inovace. Organizace a dokonce i města mohou hledat inspiraci v ekosystémech, říká Tim McGee, biolog a člen Biomimicry 3.8, poradenská firma v Montaně. V Lavase - její vývojáři, kteří doufají, že tam nakonec vybudují domy pro více než 300 000 lidí - popsali jako „první plánované kopcovité město v Indii“ - spolek konzultoval s krajinnými architekty. Strategie výsadby tedy zahrnovala listnaté stromy, které vytvořily baldachýn, který zachytil, a poté pomocí odpařování odrážely téměř třetinu monzunového deště, který na něj zasáhl. Tento efekt funguje „jako motor, který pohání monzun do vnitrozemí“, říká McGee, což pomáhá zabránit suchu. Hydrodynamicky efektivní tvar listů stromů banyanů ovlivnil návrh lepšího střešního šindele s vodním dispečinkem, zatímco systémy pro odvádění vody byly inspirovány způsoby, kterými mravenci sklízejí vodu ze svých hnízd. Bylo dokončeno první „město“ Lavasy a další čtyři se plánují do roku 2020.
Všichni mluví o způsobech, jak snížit lidskou stopu nebo dosáhnout dopadu „nulové čistoty“. Ale příroda, říká McGee, obvykle jde ještě o krok dále: „Je téměř nikdy nulová - výstup z tohoto systému je obvykle prospěšný pro všechno kolem něj.“ Co kdybychom mohli stavět naše města stejným způsobem? "Co když v New Yorku, když pršelo, voda, která šla do východní řeky, byla čistší než když padla?" A co když, když lesy začaly hořet, plameny mohly být uhaseny prostředky, které nebyly závislé o toxických látkách? "Příroda vytváří retardéry hoření, které jsou netoxické, " poznamenává McGee. "Proč nemůžeme?"
Po léta se vědci zaměřili na chemii retardérů hoření, bez výsledků. Ale možná přírodní procesy mohou nabídnout určitou cestu k inovacím v laboratoři, říká McGee. Možná je to způsob, jak se šišky borovicových šišek otevřou tváří v tvář teplu (aby se umožnilo rozmnožování, i když oheň ničí les), nebo způsob, jakým stromy eukalyptu strhávají roztroušené kousky rychle hořící kůry, aby nasaly kyslík a vzaly oheň z hlavního kufr. Jaime Grunlan, strojní inženýr společnosti Texas A&M, vyvinul ohnivzdornou tkaninu, která používá chitosan, obnovitelný materiál odebraný z humrů a garnátů (a chemický příbuzný chitinu v křídlech motýlů), aby vytvořil nanolayerovou polymerovou vrstvu to, když je vystaveno teplu, vytváří uhlíkovou „skořepinu“, která chrání tkaninu.
Lepidoptera stelesňuje několik problémů, které byly kladeny na pracovní stůl přírody po mnoho tisíciletí. V evolučním volání a odezvě mezi kořistí a predátorem si mnoho můr vyvinulo schopnost detekovat ultrazvuková kliknutí netopýrů a někteří dokonce mohou posílat matoucí protioznámení. Křídla motýlů bývají černá blíže ke svému tělu, což pomáhá zachytit teplo. Tato křídla jsou pokryta vrstvou odolnou vůči kontaminaci - samočistí se. Ozdobné „oči“ na těchto křídlech, které mají oddělovat predátory, jsou často umístěny blízko okraje, aby se minimalizovalo poškození křídla, pokud je motýl pokousaný.
A pak je tu barva - na co si myslíme, když myslíme na motýly. "Lidé jim říkají létající květiny, " říká Robbins. Zatímco někteří používají barvu pro maskování, nejživější druhy jdou druhou cestou a reklamu své toxicity pro budoucí dravce v pochmurném displeji. Spisovatel David Quammen jim říká „bimbos přírodního světa“, „evoluční experiment v naprostém ozdobném nadbytku“. Celkově Quammen píše motýly „představují ideál sladkosti a jemné milosti, který se zdá téměř nevinný z celé nemilosrdné evoluční svobody zdarma. „Pro všechny.“ A na inspiraci čeká spousta inspirace.
Vědci na univerzitě v Šanghaji Jiao Tong, inspirovaní ptáčími motýly - černá oblast jejich křídel umožňuje téměř úplnou absorpci světla, zachycují teplo - vytvářejí strukturně podobný superčerný amorfní uhlíkový film, který pomáhá vytvářet účinnější sluneční technologii. Projekt s názvem NOtES, který vyrostl z výzkumu na Univerzitě Simona Frasera v Britské Kolumbii, používá struktury narušující světlo, které narušují světelnost, aby vytvořily razítko proti padělání, které je obtížnější popraskat než hologram a lze jej „vytisknout“ nejen na banku poznámky, ale na celou řadu dalších objektů. Značky vysokofrekvenční identifikace (RFID), které se používají pro vše od sledování zásob až po snímání výkonu pneumatik, mají tendenci v extrémních prostředích, zejména tam, kde je voda nebo kov, fungovat dobře. Společnost s názvem Omni-ID tedy přizpůsobila zásadu rušení tak, aby vytvořila spolehlivější RFID, pomocí malých kovových měřítek ve značkách ke zlepšení přenosu rádiových signálů.
Vzhledem k tomu, že Morpho využívá barvy k upoutání pozornosti, zdá se vhodné, že motýl inspiroval i lidskou módu. Donna Sgro, módní návrhářka v australské Sydney, a samostatně popsaná „příležitostná lepidopteristka“, vytvořila tři šaty z látky zvané Morphotex, bezbarvý, duhově modrý materiál, který čerpá svou barvu z optického rušení. Sgro říká, že zatímco Morphotex eliminuje potřebu barviv (a tedy potenciálně nese menší dopad na životní prostředí), její zájem se pohyboval nad rámec obvyklého „přístupu typu řešení problému“, který biomimisté obvykle sledují. Móda je konec konců více než základní potřeba oblečení. Jak může příroda využívat estetiku k tomu, jak to děláme? Sgro nyní studuje doktorát v biomimikrii a módě na Královském institutu módy v Melbourne.
Robbins a já jsme opustili sbírkové centrum přírodovědného muzea a šli do nedalekého pavilonu motýlů, a bylo to jako lepidopterous lovefest. Žena naklonila chytrý telefon, aby fotografovala monarchu, který se živí květem. Japonský turista vykřikl, když Fritillary v Perském zálivu dopadla na tašku přes rameno. Dítě křičelo, když Morpho peleides pomalu vlnil své duhové modré křídla. Není snadné si představit, že se tato scéna objevuje u jiného hmyzu; spravedlivě nebo ne, nenavštívíme pavilony grubů nebo mravenců.
Ptal jsem se na zvláštní přitažlivost těchto hmyzů. "Nestíhají, nekousají, " řekl. "Ty, které lidé vidí, jsou obecně hezké." Někteří z nich jsou zemědělsky škodliví, ale jsou to docela milí kluci a jsou peklem mnohem hezčího než většina ostatních hmyzů. “Kdybych jen myslel, lidé by nyní mohli vědět, jak užitečná je ta krása.
