Biomimikrija: Kako priroda inspiriše inženjere na inovacije

Priroda je imala 3.8 milijardi godina evolucije do savršenog procesa preživljavanja – od dizajna ptičjih krila do metode oprašivanja cvijeća. Nasuprot tome, ljudi postoje samo djelić životnog vijeka Zemlje, a mi neprestano tražimo inspiraciju u prirodi. Tokom ovog vremena, priroda je davala neku vrstu nacrta za čovječanstvo koje treba slijediti.

Priroda je savršena u svojoj jedinstvenosti, efikasna, čuva resurse i samoodrživa. Dizajni i procesi koje je razvio testirani su milionima godina, dokazujući njihovu efikasnost u različitim okruženjima.

Na primjer, heksagonalna struktura koju pčele koriste za izgradnju svojih košnica. Visoka čvrstoća i stabilnost geometrije čine ga idealnim za pčele, uz efikasno korištenje minimalne količine materijala. Danas ljudi primjenjuju ovu strukturu u raznim oblastima, od aviona i svemirskih letjelica do konstrukcije i pakovanja. Biomimikrija se odnosi na proučavanje i imitaciju prirodnih dizajna i procesa za praktičnu upotrebu. U ovom članku ćemo istražiti neke od dizajna i procesa koje priroda nudi i kako su oni prilagođeni za stvaranje održivijih struktura koje je napravio čovjek.

avioni

Najpoznatiji i najstariji primjer biomimikrije je avion. Veruje se da je let golubova inspirisao braću Rajt da kreiraju prvi avion, koji su lansirali 1903. Od oblika ptice i načina na koji njena krila rade, do načina na koji ptica klizi kroz vazduh, svi ovi elementi su služili kao nacrte za moderne avione. Ove karakteristike se pažljivo proučavaju, a naučnici nastoje da ih repliciraju.

Dizajneri aviona oblikuju krila tako da oponašaju zakrivljenu površinu ptičjeg krila, stvarajući razliku u vazdušnom pritisku iznad i ispod krila kako bi se stvorila uzgona. Kormila na repu aviona imitiraju perje ptičjeg repa kako bi osigurala ravnotežu i kontrolu smjera. Primenjujući principe prirodnog dizajna, naučnici su stvorili mašinu težu od vazduha koja može da putuje nebom. Osim komercijalnih aviona, proučavana je i formacija ptica u obliku slova V, poput gusaka.

Formacija u obliku slova V pomaže u očuvanju energije hvatanjem uzlaznog strujanja od ptice ispred, smanjujući količinu energije potrebnu ptici iza da ostane u zraku. Vojne eskadrile primenjuju ovaj princip kako bi maksimizirale energetsku efikasnost.

Pročitajte takođe: Top 8 vojnih tehnologija budućnosti na koje treba obratiti pažnju danas

Čičak

Švicarski inženjer George de Mestral izumio je čičak traku 1941. godine nakon što se vratio iz šetnje šumom i primijetio izbočine od biljaka čička koji su se lijepili za njegovu odjeću i krzno njegovog psa. Nakon što ih je pregledao pod mikroskopom, de Mestral je uvidio da na semenkama imaju sitne kukice, zbog čega su se zakačili za odjeću i krzno.

Inspiriran dizajnom kuke, de Mestral je kreirao čičak – sistem sastavljen od dva dijela. Jedna strana je imala male kukice, dok je druga strana imala male petlje. Kada bi se dvije strane stisnule jedna uz drugu, kuke bi se zakačile za omče, stvarajući snažnu vezu. Međutim, veza je dizajnirana da bude dovoljno jaka za držanje, ali dovoljno laka da se odvoji dovoljnom količinom sile.

Danas se čičak koristi u širokom spektru predmeta, od odjeće i torbi do medicinskih zavoja i organizatora kablova. u stvari, NASA također je koristio čičak za osiguranje objekata u uvjetima nulte gravitacije. Inspiriran jednostavnim, ali učinkovitim dizajnom za raspršivanje sjemena, čičak je postao sveprisutan element u svakodnevnom životu. Služi kao alternativa dugmadima i patentnim zatvaračima, nudeći prednosti kao što su jednostavnost upotrebe, ponovna upotreba i efikasnost.

Pročitajte takođe: Kako će izgledati putnički vozovi budućnosti

termiti

Nasipi termita su izvanredna struktura koju su stvorili termiti kako bi pružili utočište i regulirali životnu sredinu za svoju koloniju. Napravljeni od zemlje, sažvakanog drveta, prljavštine i pljuvačke, ovi humci imaju centralnu ventilacijsku strukturu nalik na dim povezanu s podzemnim tunelima i komorama. Ovaj dizajn pomaže u održavanju optimalnog okruženja unutar podzemnih područja.

Vrući vazduh se diže kroz centralnu strukturu, omogućavajući hladnijem vazduhu da uđe kroz niže otvore. Time se osigurava održavanje okruženja unutar humki, bez obzira na vanjske uvjete. Dizajn također olakšava ventilaciju i razmjenu plina. Ove strukture mogu doseći visinu do 9 metara i stajati decenijama, pokazujući svoju izdržljivost.

Inspirisani nasipima termita, arhitekti su dizajnirali zgrade koje oponašaju ovu strukturu. Jedan od najpoznatijih primjera je Eastgate Center u Zimbabveu. Dizajniran od strane Mikea Pearcea, Eastgate Center ima za cilj održavanje kontrolirane klime za stanare u vrućoj klimi uz smanjenje potrošnje energije za hlađenje.

Pročitajte takođe: Zašto kriptovalute rastu nakon Trumpove pobjede: objašnjeno

Samočisteće površine

Uprkos tome što postoji u mutnoj vodi, lotos ostaje čist zahvaljujući ultrahidrofobnoj prirodi njegovih listova. Sitne, voskom prekrivene kvržice pokrivaju površinu lotosovog lista, uzrokujući otkotrljanje kapljica vode, noseći sa sobom prljavštinu i krhotine. Nanostrukture na površini lista (ove male kvržice) smanjuju prianjanje kapljica vode, omogućavajući im da pokupe čestice prašine. Ovaj fenomen je poznat kao “lotosov efekat”, termin koji su prvi uveli Barthlott i Ehler 1977. godine, koji su opisali svojstva samočišćenja lotosovog lista.

Od tada, naučnici su istraživali premaze inspirisane lotosovim listovima koji se samočiste. Američka kompanija Sto Corp. razvila je boju inspirisanu efektom lotosa, koja odbija prljavštinu i prljavštinu.

Osim samočistećih boja, tkanina i premaza, ova metoda se također koristi za razvoj materijala za solarne termalne kolektore, senzore za kontrolu prometa i tende.

Pročitajte takođe: Kako će izgledati putnički avioni budućnosti

Japanski brzi vozovi

Vodomci su nevjerovatno okretne i brze ptice koje napadaju svoj plijen kako bi ga ulovile. Prilaze tiho, posebno blizu vodenih površina, kako ne bi preplašili svoj ulov. Jedinstven dizajn kljuna vodenjaka daje mu ovu prednost. Ima uzak, dug i šiljast kljun, čiji se prečnik povećava od vrha do baze. Ovaj dizajn pomaže u distribuciji pritiska stvorenog prilikom udara u vodu, smanjujući buku prskanja i osiguravajući efikasno, tiho i stabilno ronjenje.

Japanski inženjeri koji su razvili brzi vlak Shinkansen u početku su se suočili s problemom glasnog udara tunela uzrokovanog atmosferskim pritiskom stvorenim na prednjem dijelu voza.

Da bi riješili ovaj problem, inženjeri su pogledali dizajn kljuna vodenjaka. Redizajnirali su prednji dio voza kako bi oponašali oblik kljuna, eliminirajući tunelsku granu. Ovaj dizajn je takođe omogućio vozu da se kreće 10% brže i da troši 15% manje električne energije.

Pročitajte takođe: Europa Clipper: Sve što trebate znati prije lansiranja najveće svemirske letjelice

Inovacije inspirisane kožom morskog psa

Ajkule su poznate po svojoj brzini i plivanju pod vodom. Nije iznenađenje da su naučnici pokušali da repliciraju kožu ajkule za različite primene, uključujući izradu kupaćih kostima i antibakterijskih premaza. Koža ajkule sastoji se od sitnih struktura nalik zubima zvanih dermalni zubići, koji su glatki u jednom smjeru i nazubljeni u drugom. Ovi dermalni zubići imaju dvije funkcije: djeluju kao zaštitni oklop i poboljšavaju kretanje kroz vodu.

Pojam dermalni zubići pokazao se kao moćno oruđe za ajkule. Ometajući protok vode svojim nazubljenim rubovima, dermalni zubići smanjuju otpor koji ajkula doživljava dok se kreće kroz vodu, omogućavajući joj da pliva brzo, efikasno i tiho. Ove strukture takođe sprečavaju da se mikroorganizmi vežu za kožu ajkule. Sićušni grebeni duž površine kože sprečavaju neželjene stopere da uhvate besplatnu vožnju.

Inspirisani ovom jedinstvenom površinom, naučnici su je ponovili za kupaće kostime kako bi poboljšali njihove performanse. Ovi kupaći kostimi bili su toliko uspješni na Olimpijskim igrama da je jedan od njih, Speedo LZR Racer, zabranjen od strane Međunarodne plivačke federacije.

Međutim, neki istraživači tvrde da kupaći kostimi inspirirani kožom ajkule zapravo povećavaju otpor, a ne smanjuju ga. Tijelo ajkule je mnogo fleksibilnije od ljudskog, zbog čega dermalni zubići pomažu u smanjenju otpora. Iako su kupaći kostimi razvijeni promatranjem kože ajkule, njihov uspjeh mogao bi biti nusprodukt procesa pokušaja i pogreške, a ne direktna replikacija hidrodinamičkih prednosti ajkule.

Koža ajkule je također proučavana za razvoj medicinskih tehnologija, kao što su plastične ploče koje se nanose na zidove bolnice. Ove ploče pomažu u sprječavanju širenja bakterija i drugih štetnih mikroorganizama, jer se ne mogu prilijepiti za zidove.

Pročitajte takođe: Enkripcija od kraja do kraja: šta je to i kako funkcionira

Saćaste strukture

Kao što je spomenuto u uvodu, struktura saća koju koriste pčele je visoko efikasan geometrijski oblik. Razlog zašto su pčele odabrale heksagonalni oblik bio je predmet naučnog interesa još od vremena Charlesa Darwina, koji je pretpostavio da je ovaj oblik prilagođen za optimizaciju procesa proizvodnje voska. Ovaj obrazac maksimizira raspoloživi prostor za skladištenje uz korištenje najmanje količine voska.

Godine 1999. američki matematičar Thomas Hales dokazao je da šestougao minimizira područje perimetra i maksimizira prostor uz korištenje najmanje količine materijala. Ovo je poznato kao "pretpostavka saća". Osim što čuvaju vosak, heksagonalne ćelije također štite i drže larve, osiguravajući da se vosak ne topi u vrućim klimama.

Inspirisani pčelama, naučnici primenjuju geometriju u ogledalima aviona, građevinskim materijalima i lopaticama vetroturbina. Dizajn se fokusira na efikasnost resursa, smanjenje težine i troškova materijala.

Konkretno, ogledala svemirskog teleskopa James Webb (JWST) sastoje se od 18 heksagonalnih segmenata raspoređenih u obliku saća. Ova geometrija maksimizira površinu za hvatanje svjetlosti uz održavanje strukturalnog integriteta i minimiziranja težine, što je ključno za svemirske misije.

Ovo je samo nekoliko primjera biomimikrije i kako priroda inspirira učinkovit dizajn i inovacije. Ova lista ni u kom slučaju nije konačna i dotiče se samo poboljšanja koja je priroda napravila u svojim strukturama i procesima. Danas postoji mnogo prirodnih sistema i procesa koje naučnici proučavaju kako bi poboljšali postojeće tehnologije.

Priroda nastavlja da evoluira i optimizuje svoje sisteme, donoseći korist ne samo prirodnom svetu, već i inspirišući ljude da stvaraju inovacije iz kojih mogu crpiti inspiraciju.

Ako ste zainteresirani za članke i vijesti o zrakoplovnoj i svemirskoj tehnologiji, pozivamo vas na naš novi projekat AERONAUT.media.

Pročitajte takođe:

• 6 interkontinentalnih balističkih raketa (ICBM) koje bi mogle ubiti svijet
• Kako odabrati bicikl: Vodič za početnike i