Biyomimetik tasarım: Doğadan ilham alan 10 teknoloji örneği

    Piramitler, gökdelenler, süpersonik uçuş - insanların geçtiğimiz bin yılda gösterdiği inanılmaz yaratıcılık ve mühendislik yeteneğine rağmen, sürekli olarak yeni ilham kaynakları ve tasarımlarımızı geliştirmenin yollarını arıyoruz. Evrimin, doğadaki tasarımlarını mükemmelleştirmek için milyonlarca yıllık deneme yanılma avantajına sahip olduğu göz önüne alındığında, insan yapısının onun etkisinden yararlanmada fayda sağlaması mantıklıdır.

    Doğayı taklit ederek insan inovasyonuna yönelik bu yaklaşıma biyomimetik tasarım denir ve binalardan biyonik arabalara kadar en büyük yaratımlarımızın çoğuna ilham kaynağı olmuştur, işte en sevilen örneklerden bazıları.

Balina rüzgar türbinleri

    Kambur balina 36 ton gibi şaşırtıcı bir ağırlığa sahip olmasına rağmen denizdeki en zarif yüzücüler, dalgıçlar ve atlayıcılardan biridir. İlk olarak bir biyomekanik olan Frank Fish tarafından araştırıldığı gibi, bu aerodinamik yetenekler büyük ölçüde yüzgeçlerinin önündeki tüberkül adı verilen engebeli çıkıntılara atfedilir.

    Uçak kanatlarındaki işlemlere benzer şekilde balinalar, kaldırma kuvvetlerini artırmak için yüzgeçlerini farklı dikleşme açılarında kullanırlar. Yine de çok fazla eğim ve bunun tersi meydana gelir ve dururlar - mevcut türbülans ve suda girdap oluşumu nedeniyle kaldırma kaybı.

    Fish ve meslektaşları, engebeli bıçakları pürüzsüz kenarlı olanlarla karşılaştırarak,  durgunluğun tüberküllerle çok daha yüksek bir açıda gerçekleştiğini buldular  - aslında yaklaşık yüzde 40'lık bir artış. Bu daha yüksek açı yeterliliğinin balina için dar dairelerde manevra yapmasına izin vermede faydalı olduğu sonucuna vardılar, bu nedenle avlarını bir 'kabarcık ağı' içinde nasıl çembere alıp tuzağa düşürdüler  .

    Fish tarafından yapılan daha ileri testler, tırtıklı kenarlı rüzgar türbinlerinin tipik düz kanatlardan daha verimli ve daha sessiz olduğunu kanıtladı. Bu , rüzgar türbinleri, hidroelektrik türbinleri, sulama pompaları, havalandırma pompaları dahil olmak üzere çeşitli kanat uygulamalarıyla bir dizi tüberkül teknolojisi ürünü geliştiren bir şirket olan WhalePower tubercle teknolojisinin oluşumuna yol açtı  .

Kutu balığı ve Biyonik araba

    Kutu balığının hantal görünümüne rağmen, düşük bir akış direncine ve  0,06 gibi şaşırtıcı bir  sürtünme katsayısına sahiptir. Karşılaştırıldığında, suda yüzen penguenler 0.19 katsayısına sahiptir.

    2005 yılında, kutu balıklarının büyük yapısal gücünden ve düşük kütlesinden ilham alan Mercedes Benz, sürtünmeyi azalttığı, büyük rijitliğe, düşük ağırlığa ve geleneksel otomobillerden önemli ölçüde daha düşük yakıt tüketimine sahip olduğunu bildiren Bionic Car'ı geliştirdi.

    Tabii ki, bir şeyin doğal dünyada mükemmel tasarım gibi görünmesi, endüstriyel tasarımda da öyle olduğu anlamına gelmez. Yolda Biyonik Araba şeklindeki araçların belirgin eksikliğini fark etmiş olabilirsiniz, bunun nedeni muhtemelen 2015 yılında yapılan bir araştırmanın  kutu balıklarının şeklinin  sürtünmeyi hiç azaltmadığını ve aslında onu daha dengesiz hale getirdiğini bulmasıdır - bir kutu balık için harika Bir kutu balığı olma sanatını mükemmelleştirmek için 50 milyon yıllık evrim, bir insan taşıyıcısı için daha az iyi.

Kingfisher ve Shinkansen

    Japonya, trenlerinin inanılmaz hızı ve verimliliği ile ünlüdür. Bununla birlikte, 300 km/s'yi aşan hızlarda hızlı trenler, bir tünelden her çıktıklarında devasa bir ses patlaması yaratmada bir sorun teşkil ediyordu. Değişen hava basınçlarının talihsiz bir sonucu olan bu gürültü kirliliği kaynağı, yerel sakinleri büyük ölçüde rahatsız etti ve sorunu çözmeleri için mühendislere baskı yaptı.

    Bunu yaptılar ve pek olası olmayan bir kaynaktan ilham aldılar: Kingfisher. Yalıçapkınları, çok az sıçrama ile hava su ortamları arasında seyahat etmede ustadır. Kingfisher gibi,  Shinkansen hızlı treni  de uzun gaga şeklinde bir burunla donatılmıştır. Bu, trenin çıkardığı gürültü miktarını önemli ölçüde azaltır, ancak aynı zamanda yüzde 15 daha az elektrik kullanır ve eskisinden yüzde 10 daha hızlı seyahat eder.

Cırt cırt

    George de Mestral, çapakların köpeğinin saçına yapışmasının ne kadar kolay olduğunu fark ettikten sonra Velcro'yu icat etmek için ilham aldı. Onları mikroskop altında inceledikten sonra, çapak dikenlerinin ucundaki küçük kancaların basit tasarımını fark etti. Bunlar, kürk ve kumaş gibi ilmekli her şeyi yakalayabildi ve bunu sentetik olarak kopyalamaya devam etti. İki parçalı cırt cırtlı tutturma sistemi, küçük kancalardan oluşan bir şeridin karşısında gevşek bir şekilde ilmekli naylon bir şerit kullanır ve o zamandan beri uygulama yelpazesinde ve popülaritesinde üretken olmuştur.

Kuşlar ve uçuş

    Belki de en ünlü biyomimikri örneklerinden biri, insan uçuş tarihinde belirgindir. Leonardo da Vinci  , 1480'lerde kuşlar ve insan uçuşu üzerine ilk gerçek araştırmaları yaptığı için, gelişmesinde büyük ölçüde önemli bir teşvikçi olarak kabul edilmektedir. Ornithopter adlı orijinal tasarımı hiçbir zaman yaratılmadı, ancak insanın potansiyel olarak nasıl uçabileceğini gösteren bir ilkeydi.

    Sonraki yıllarda birkaç tasarımcı ve mühendis, kuşlardan ilham alan bu konsept üzerinde çalıştı, örneğin Otto Lilienthal bir planörle 2500'den fazla uçuş gerçekleştirdi, ancak Wright kardeşlerin ilk motorlu, havadan ağır makineyi uçurması 1903 yılına kadar değildi. kontrollü ve sürdürülebilir bir uçuşta. Bu teknoloji, 20. yüzyılın havadaki gelişmelerini ve bugün havada görülen teknolojiyi tanımlamaya devam etti.

Lotus'dan ilham alan hidrofobi

    Lotus efekti aksi superhydrophobicity olarak bilinen, su yüzeyinin ıslatılması mümkün değildir ve sadece kapalı rulo nilüfer çiçeği, yapraklar üzerinde görülen etkisidir. Bu yüksek iticilik, mumsu hidrofobik malzemelerle kaplanmış mikro çıkıntıların suyu ittiği düzlemin nano yapısından kaynaklanmaktadır. Kir parçacıkları da su molekülüne yapıştığı için bu aynı zamanda kendi kendini temizleyen bir mekanizmadır.

    CeNano , bu süreci kopyalayarak,  kendi süper  hidrofobikliklerini oluşturmak için maddelere püskürtülebilen bir hidrofobik ( su itici ), lipofobik ( yağ itici ) ve oleofobik ( yağ itici ) bir sızdırmazlık maddesi olan nanotol  geliştirdi  . Bunların uygulamaları çok büyük ve izlemesi inanılmaz derecede tatmin edici.

Su toplama böcekleri

    Muhtemelen David Attenborough'nun destansı yeni serisi Planet Earth II'deki en sevdiğimiz yaratıklardan biri olan  Afrika Namib Çöl Böceği, kabuğundaki tümseklerdeki su damlacıklarına sisi yoğunlaştırarak su toplar. Su itici sırtlar tümsekleri çevrelerken, böceğin içebilmesi için kademeli olarak bir su kanalını kafasına doğru yönlendirirler.

    Bundan esinlenerek, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden ( MIT ) araştırmacılar  bu yapıyı cam ve plastikle kopyaladılar . Bu, böceğin sırtı gibi çok az miktarda su toplamalarını sağladı ve aynı zamanda çölde sis hasadı dışında diğer uygulamalar için topraklama sağladı. Örneğin, soğutma cihazları inşa etmek veya toksik döküntüleri temizlemek için kullanmak.

Biyomimetik Mimari

    Zimbabwe, Harare'deki Eastgate Merkezi, biyomimikriyi inanılmaz bir ölçekte örnekliyor. Yeşil mimari, ülkenin en büyük ofis ve alışveriş kompleksidir ve geleneksel klima veya ısıtma kullanmaz, ancak tüm yıl boyunca düzenli bir sıcaklıkta kalır.

    Mimar Mick Pearce, kendi kendine soğuyan ustaca bir yapı sergiledikleri için binayı oluşturmak için termit höyüklerinden ilham aldı. Bunun nedeni, havanın konveksiyon akımlarını düzenleyen höyük boyunca havalandırma deliklerinin açılıp kapanmasını içeren havalandırma sistemleridir. Eastgate Center, havayı içeri çektiği ve bina kütlesiyle birlikte ısıttığı/soğuttuğu için benzer bir süreç kullanır. Bu, hangi ortamın daha sıcak olduğuna bağlıdır - bina veya hava. Yenilikçi bina, aynı büyüklükteki geleneksel binalardan yüzde 10 daha az enerji tüketiyor!

Kuş güvenli cam

    Camın içine uçarak her yıl 100 milyon kuşun öldüğü tahmin edilmektedir  ve nedeni açıktır - şeffaf yapıyı fiziksel bir engel olarak görmezler. Bu sorunu çözmek için bir şirket , kuşların gördüğü ve dolayısıyla kaçındığı örümcek ağlarındaki UV yansıtıcı şeritlerden ilham alarak biyomimetik Ornilux Birdsafe Glass'ı geliştirdi  . Bu, her iki tür için de açık bir karşılıklı faydadır ve bu nedenle Ornilux, çapraz geçişli UV camlarıyla bunu kopyalamaya çalıştı.

Bir köpekbalığı derisi ceket

    NASA bilim adamları, köpekbalığı derisinin biyolojik süreçlerini inceleyerek, bir "kabarcık" filmi oluşturmak için diş etlerinin mikroskobik modellerini kopyalayabildiler. Karşılaştırılabilir  köpek balığı  derisi dentricles, bu film yüzeyine ekleyerek ( algler gibi ) sürükle ve Deters mikroorganizmaları azaltır. Bu, NASA kaburgalarıyla kaplanmış ve bu süreçte 1987 Amerika Kupası'nı kazanan yelkenli Stars & Stripes gibi deniz gemileri için oldukça avantajlıydı  .

    Bununla birlikte, enerji ve para tasarrufu sağladığı için ( örneğin yakıtta ) yivlerin çevresel faydaları, sürtünmeyi azaltmada geniştir. Bu, gemi gövdeleri, denizaltılar, uçaklar ve hatta insanlar için mayolar için kaplamalarda daha da gelişmesine ve kullanılmasına yol açmıştır.

    Sürtünmeyi azaltmak binlerce sterlin tasarruf sağlayabileceğinden, büyük bir mali teşvik de var. Örneğin,  araştırmacılar  yüzde 1'lik bir sürtünme azalmasının bir uçağa yılda yaklaşık 25.000 galon yakıt tasarrufu sağlayabileceğini tahmin ediyor.