© ROOT-NATION.com - Tento článok bol automaticky preložený AI. Ospravedlňujeme sa za prípadné nepresnosti. Ak si chcete prečítať pôvodný článok, vyberte English v prepínači jazykov vyššie.
Príroda má za sebou 3.8 miliardy rokov evolúcie až po dokonalé procesy prežitia – od dizajnu vtáčích krídel až po metódu opeľovania kvetov. Naproti tomu ľudia existujú len zlomok života na Zemi, no neustále hľadáme inšpiráciu v prírode. Počas celého tohto obdobia príroda poskytla ľudstvu akýsi plán, ktorým by sa malo riadiť.
Príroda je dokonalá vo svojej jedinečnosti, je efektívna, šetrí zdroje a je sebestačná. Dizajn a procesy, ktoré vyvinul, boli testované v priebehu miliónov rokov, čo dokazuje svoju účinnosť v rôznych prostrediach.
Napríklad šesťhranná štruktúra, ktorú používajú včely na stavbu svojich úľov. Vysoká pevnosť a stabilita geometrie ho robí ideálnym pre včely, pričom efektívne využíva minimálne množstvo materiálu. Dnes ľudia používajú túto štruktúru v rôznych oblastiach, od lietadiel a kozmických lodí až po konštrukciu a balenie. Biomimikry sa týkajú štúdia a napodobňovania prírodných vzorov a procesov na praktické využitie. V tomto článku preskúmame niektoré návrhy a procesy, ktoré príroda ponúka a ako boli prispôsobené na vytvorenie udržateľnejších štruktúr vytvorených človekom.
lietadlá
Najznámejším a najstarším príkladom biomimikry je lietadlo. Predpokladá sa, že let holubov inšpiroval bratov Wrightovcov k vytvoreniu prvého lietadla, ktoré spustili v roku 1903. Od tvaru vtáka a spôsobu fungovania jeho krídel až po to, ako vták kĺže vzduchom, všetky tieto prvky slúžili ako plány moderných lietadiel. Tieto vlastnosti sú starostlivo študované a vedci sa ich snažia replikovať.
Dizajnéri lietadiel tvarujú krídla tak, aby napodobňovali zakrivený povrch vtáčieho krídla, čím sa vytvára rozdiel v tlaku vzduchu nad a pod krídlom, aby sa vytvoril vztlak. Kormidlá na chvoste lietadla napodobňujú vtáčie chvostové perá, aby poskytovali rovnováhu a smerové ovládanie. Aplikovaním princípov prirodzeného dizajnu vedci vytvorili stroj ťažší ako vzduch, ktorý môže cestovať po oblohe. Okrem komerčných lietadiel sa skúmala aj formácia vtákov v tvare písmena V, ako sú husi.
Formácia v tvare písmena V pomáha šetriť energiu tým, že zachytáva prúd vzduchu z vtáka vpredu, čím sa znižuje množstvo energie, ktorú potrebuje vták vzadu, aby zostal vo vzduchu. Vojenské letky uplatňujú tento princíp na maximalizáciu energetickej účinnosti.
Prečítajte si tiež: 8 najlepších vojenských technológií budúcnosti, ktorým treba venovať pozornosť
Velcro
Švajčiarsky inžinier George de Mestral vynašiel suchý zips v roku 1941 po tom, čo sa vrátil z prechádzky v lese a všimol si otrepy z rastlín lopúcha, ktoré sa lepili na jeho odev a srsť jeho psa. Keď ich skúmal pod mikroskopom, de Mestral videl, že otrepy mali na semenách malé háčiky, ktoré spôsobili, že sa prichytili na odev a srsť.
De Mestral, inšpirovaný dizajnom háčikov, vytvoril suchý zips – systém zložený z dvoch častí. Jedna strana mala malé háčiky, zatiaľ čo druhá strana mala malé slučky. Keď boli dve strany stlačené k sebe, háčiky by sa zachytili o slučky a vytvorili silné spojenie. Spojenie však bolo navrhnuté tak, aby bolo dostatočne pevné, aby sa udržalo, ale dostatočne ľahké na to, aby sa oddelilo dostatočnou silou.
Dnes sa suchý zips používa v širokej škále predmetov, od oblečenia a tašiek až po lekárske obväzy a organizéry káblov. v skutočnosti NASA tiež používal suchý zips na zaistenie predmetov v podmienkach nulovej gravitácie. Suchý zips, inšpirovaný jednoduchým, ale účinným dizajnom rozptyľovania semien, sa stal všadeprítomným prvkom v každodennom živote. Slúži ako alternatíva k gombíkom a zipsom a ponúka výhody, ako je jednoduché použitie, opakované použitie a efektivita.
Prečítajte si tiež: Ako budú vyzerať osobné vlaky budúcnosti
termity
Termitídy sú pozoruhodnou štruktúrou, ktorú vytvorili termity, aby poskytli úkryt a regulovali životné prostredie pre ich kolóniu. Tieto kopce sú vyrobené z pôdy, žuvaného dreva, špiny a slín a majú centrálnu ventilačnú štruktúru podobnú dymu spojenú s podzemnými tunelmi a komorami. Tento dizajn pomáha udržiavať optimálne prostredie v podzemných oblastiach.
Horúci vzduch stúpa cez centrálnu konštrukciu a umožňuje vstup chladnejšieho vzduchu cez spodné otvory. Tým je zabezpečené zachovanie prostredia vo vnútri kôp bez ohľadu na vonkajšie podmienky. Dizajn tiež uľahčuje vetranie a výmenu plynov. Tieto konštrukcie môžu dosiahnuť výšku až 9 metrov a stáť po celé desaťročia, čo dokazuje ich odolnosť.
Inšpirovaní termitmi, architekti navrhli budovy, ktoré napodobňujú túto štruktúru. Jedným z najznámejších príkladov je Eastgate Center v Zimbabwe. Cieľom Eastgate Center, ktorý navrhol Mike Pearce, je udržiavať kontrolovanú klímu pre obyvateľov v horúcom podnebí a zároveň znižovať spotrebu energie na chladenie.
Prečítajte si tiež: Prečo kryptomeny rastú po Trumpovom víťazstve: Vysvetlené
Samočistiace povrchy
Napriek tomu, že lotos existuje v kalnej vode, zostáva čistý vďaka ultrahydrofóbnej povahe svojich listov. Drobné, voskom pokryté hrbolčeky pokrývajú povrch lotosového listu, čo spôsobuje, že kvapky vody stekajú a nesú so sebou nečistoty a nečistoty. Nanoštruktúry na povrchu listu (tieto drobné hrbolčeky) znižujú priľnavosť kvapiek vody, čo im umožňuje zachytávať prachové častice. Tento jav je známy ako „lotosový efekt“, termín, ktorý prvýkrát zaviedli v roku 1977 Barthlott a Ehler, ktorí opísali samočistiace vlastnosti lotosového listu.
Odvtedy vedci skúmali nátery inšpirované lotosovými listami, ktoré sú samočistiace. Americká spoločnosť Sto Corp. vyvinula farbu inšpirovanú lotosovým efektom, ktorá odpudzuje špinu a špinu.
Okrem samočistiacich farieb, látok a náterov sa táto metóda používa aj na vývoj materiálov pre solárne termálne kolektory, senzory riadenia dopravy a markízy.
Prečítajte si tiež: Ako budú vyzerať osobné lietadlá budúcnosti
Japonské vysokorýchlostné vlaky
Rybári sú neuveriteľne obratné a rýchle vtáky, ktoré sa vrhajú na svoju korisť, aby ju ulovili. Približujú sa potichu, najmä v blízkosti vodných plôch, aby sa vyhli vyľakaniu svojho úlovku. Jedinečný dizajn zobáku rybárika riečneho mu dáva túto výhodu. Má úzky, dlhý a špicatý zobák, ktorého priemer sa zväčšuje od špičky po základňu. Tento dizajn pomáha rozložiť tlak vytvorený pri náraze do vody, znižuje hluk špliechania a zaisťuje efektívny, tichý a stabilný ponor.
Japonskí inžinieri, ktorí vyvinuli vysokorýchlostný vlak Shinkansen, spočiatku čelili problému silného dunenia tunela spôsobeného atmosférickým tlakom vytvoreným v prednej časti vlaku.
Na vyriešenie tohto problému sa inžinieri pozreli na dizajn zobáku rybárika. Prepracovali prednú časť vlaku tak, aby napodobňovala tvar zobáka, čím eliminovali tunelový boom. Tento dizajn tiež umožnil vlaku pohybovať sa o 10 % rýchlejšie a spotrebovať o 15 % menej elektriny.
Prečítajte si tiež: Europa Clipper: Všetko, čo potrebujete vedieť pred štartom najväčšej kozmickej lode
Inovácie inšpirované žraločou kožou
Žraloky sú známe svojou rýchlosťou a schopnosťou plávať pod vodou. Nie je žiadnym prekvapením, že vedci sa pokúsili replikovať žraločiu kožu pre rôzne aplikácie, vrátane výroby plaviek a antibakteriálnych náterov. Žraločia koža je tvorená drobnými zubami podobnými štruktúrami nazývanými dermálne dentikuly, ktoré sú v jednom smere hladké a v druhom zúbkované. Tieto dermálne zubáče plnia dve funkcie: pôsobia ako ochranný pancier a zlepšujú pohyb vo vode.
Termín dermálne dentikuly sa ukázal ako silný nástroj pre žraloky. Tým, že narušujú prúdenie vody svojimi zúbkovanými okrajmi, dermálne zubáče znižujú odpor, ktorý žralok zažíva pri pohybe vo vode, čo mu umožňuje plávať rýchlo, efektívne a ticho. Tieto štruktúry tiež bránia mikroorganizmom prichytiť sa na kožu žraloka. Drobné ryhy pozdĺž povrchu kože zabraňujú neželaným stopárom, aby chytili voľnú jazdu.
Vedci, inšpirovaní týmto jedinečným povrchom, ho replikovali pre plavky, aby zvýšili svoj výkon. Tieto plavky mali na olympijských hrách taký úspech, že jedny z nich, Speedo LZR Racer, zakázala Medzinárodná plavecká federácia.
Niektorí vedci však tvrdia, že plavky inšpirované žraločou kožou v skutočnosti odpor zvyšujú, ako ho znižujú. Telo žraloka je oveľa pružnejšie ako ľudské, a preto dermálne chrupky pomáhajú znižovať odolnosť. Zatiaľ čo plavky boli vyvinuté pozorovaním žraločej kože, ich úspech môže byť skôr vedľajším produktom procesu pokus-omyl než priamou replikou hydrodynamických výhod žraloka.
Žraločia koža bola tiež skúmaná pre vývoj medicínskych technológií, ako sú plastové fólie aplikované na nemocničné steny. Tieto dosky pomáhajú predchádzať šíreniu baktérií a iných škodlivých mikroorganizmov, pretože nie sú schopné priľnúť k stenám.
Prečítajte si tiež: End-to-End šifrovanie: Čo to je a ako to funguje
Voštinové štruktúry
Ako už bolo spomenuté v úvode, štruktúra plástu, ktorú používajú včely, je vysoko efektívna geometrická forma. Dôvod, prečo si včely vybrali šesťuholníkový tvar, je predmetom vedeckého záujmu už od čias Charlesa Darwina, ktorý predpokladal, že tento tvar bol prispôsobený na optimalizáciu procesu výroby vosku. Táto forma maximalizuje dostupný úložný priestor pri použití najmenšieho množstva vosku.
V roku 1999 americký matematik Thomas Hales dokázal, že šesťuholník minimalizuje obvodovú plochu a maximalizuje priestor pri použití najmenšieho množstva materiálu. Toto je známe ako „voštinový dohad“. Okrem skladovania vosku šesťhranné bunky tiež chránia a držia larvy, čím zaisťujú, že sa vosk neroztopí v horúcom podnebí.
Vedci, inšpirovaní včelami, aplikujú geometriu v zrkadlách lietadiel, stavebných materiáloch a lopatkách veterných turbín. Dizajn sa zameriava na efektívnosť zdrojov, zníženie hmotnosti a nákladov na materiál.
Konkrétne zrkadlá vesmírneho teleskopu Jamesa Webba (JWST) pozostávajú z 18 šesťuholníkových segmentov usporiadaných do včelieho plástu. Táto geometria maximalizuje plochu povrchu na zachytávanie svetla pri zachovaní štrukturálnej integrity a minimalizácii hmotnosti, čo je pre vesmírne misie kľúčové.
Toto je len niekoľko príkladov biomimikry a toho, ako príroda inšpiruje efektívne dizajny a inovácie. Tento zoznam nie je v žiadnom prípade vyčerpávajúci a dotýka sa iba zlepšení, ktoré príroda urobila vo svojich štruktúrach a procesoch. Dnes existuje veľa prírodných systémov a procesov, ktoré vedci študujú, aby zlepšili existujúce technológie.
Príroda sa naďalej vyvíja a optimalizuje svoje systémy, z čoho má úžitok nielen svet prírody, ale aj inšpirácia ľudí k vytváraniu inovácií, z ktorých môžu čerpať inšpiráciu.
Ak máte záujem o články a novinky o letectve a vesmírnej technike, pozývame vás do nášho nového projektu AERONAUT.media.
Prečítajte si tiež:
- 6 medzikontinentálnych balistických rakiet (ICBM), ktoré môžu skončiť svet
- Ako si vybrať bicykel: Sprievodca pre začiatočníkov a
