mnoho nových vynálezů a technologií pochází z přírody. Praxe modelování umělých produktů po biologických procesech se nazývá biomimikry nebo biomimetika. Janine Benyus, spoluzakladatelka Institutu Biomimicry, tento termín popularizovala ve své knize Biomimicry z roku 1997. „Biomimicry,“ napsala, “ v podstatě přijímá návrhovou výzvu a pak najde ekosystém, který již tuto výzvu vyřešil, a doslova se snaží napodobit to, co se naučíte.,“
Jak vědci studují přírodní svět, odhalit jejich zjištění, vynálezci a inženýři jsou kreslení z těchto nových objevů a použití přírodní řešení pro nové technologie. Ať už se vědci snaží řešit problémy, které zahrnují budování lepších robotů, efektivnější sledování rakovinných buněk nebo zlepšení dalekohledů pro studium vesmíru, užitečné řešení lze nalézt v živých věcech.
zde je deset zjištění z roku 2020, která by jednoho dne mohla vést k novým vynálezům.,
Ryba, Surfovat na Zádech Dalších Mořských Tvorů
Remoras jsou stopaři oceánu., Také známý jako parazit, whalesuckers nebo sharksuckers, jeden-na-tři-noha dlouho plavci se připoutají k modré velryby nebo zebra žralok s přísavkou-jako disk, že „sedí na hlavě jako plochý, lepkavý klobouk,“ podle the New York Times. Ale tihle sráči se jen tak nevezmou. Letos vědci zjistili, že ryby mohou skutečně „surfovat“ po zádech svého šoféra, zatímco pár je v tranzitu., Remoras klouzat podél těla svého hostitele, Shlukování v blízkosti velrybí blowhole a hřbetní ploutve, kde je minimální táhnout – po celou dobu okusování na odumřelé kůže a parazitů.
vědci Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen a jejich týmy zjistili, že místo výběru remory je klíčem k zavěšení. Oblast mezi blowhole a hřbetní ploutví, zejména na modrých velrybách, má „mnohem nižší rychlost tekutiny“, než kdyby to bylo“ jen o několik centimetrů vyšší “ na těle velryby, Flammang říká The Times.
rybí „sací disk“ se ve skutečnosti nelepí ani na kůži velryby., Místo toho se vznáší těsně nad, vytváří nízkotlakou zónu, která saje ryby blízko velryby a zabraňuje tomu, aby odlétly do propasti-většinu času.
Flammang, biolog na New Jersey Institute of Technology, má již dostali k práci na umělý sací disk inspirovaný remora, že doufá, že budou použity k připevnění kamery a sledovací zařízení pro ohrožené mořské živočichy, jako modré velryby. V současné době vědci používají pravidelné přísavky k upevnění kamer ke svým výzkumným subjektům, ale ty si udržují přilnavost pouze od 24 do 48 hodin., Nové zařízení Flammang zůstane několik týdnů a sníží drag. Ona a její tým v současné době testují disk na vyhovujících površích a také navrhují pouzdro ve tvaru remory pro fotoaparát. Nakonec otestují zařízení na živých zvířatech, včetně velryb, delfínů, žraloků a paprsků manty.
„Bioinspired pokroky v doplňku vyvinut Dr. Flammang laboratoř bude převrat, jak jsme schopni získat značky na zvířata s větší úspěch a účinnost,“ Goldbogen, mořský biolog na Stanfordské Univerzitě, píše pro Smithsonian magazine., „Možná by budoucí značky mohly nejen připojit, ale také surfovat a plazit se stejně jako remoras na ideální místo pro konkrétní fyziologické vzorkování.“
Rybí Ploutve Jsou stejně Citlivé jako Prsty
Rybí ploutve nejsou jen pro řízení a plavání, University of Chicago neurolog Adam Hardy a jeho laboratoř zjistila v letošním roce. Ve skutečnosti vědci zjistili, že ploutve jsou stejně citlivé jako špičky prstů primátů. K dosažení tohoto závěru, vědci studovali kolo hlaváče, typ spodní obydlí ryby původem z míst, jako je Černé Moře a Kaspické Moře, ale invazivní populace žít kdekoli od Evropských řek, Velkých Jezer., Tyto malé zvířátka jsou známé „okouna“ na skalách, kartáčování jejich ploutve podél skalního lože jezer.
určit, jak citlivé hlaváče‘ ploutve byly, tým injekčně utraceno ryby s fyziologickým roztokem, který držel své nervy v běžném provozu během jejich experimentu. Oni pak používají speciální přístroje pro záznam vzory elektrických impulsů nervy produkován, když rybí ploutve otřelo hrbolatá kola., Toto opatření ukázalo týmu, že fins‘ vnímali „opravdu jemné detaily“, řekla Science News spoluautorka studie Melina Hale, také neurovědkyně na University of Chicago.
vědci doufají, že tento objev může inspirovat pokroky v robotické senzorické technologii, zejména u podvodních robotů.
Ďábelské Pevná Brouka Exoskeleton Je Nezničitelný
ďábelský ironclad beetle absolutně žije až do svého jména. Zatímco většina chyb žít jen pár týdnů, tito brouci mají životnost asi osm let, což je zhruba ekvivalent lidské žijí několik tisíc let. K dosažení takového výkonu, vyvinuli nějaké pozoruhodné brnění.
zhruba centimetr dlouhý hmyz může přežít, být přejet autem—a pokud tě nemůžu uvěřit, že, University of California, Irvine inženýr David Kisailus a jeho tým se hromadí v Toyota Camry a běžel jeden více než dvakrát, a to žil., Po několika více technických experimentů, tým zjistil, že brouk může vydržet obrovský tlak—až 39.000 krát své vlastní tělesné hmotnosti.
několik faktorů přispívá k robustnosti brouka. Exoskeleton brouka je plochý, ne zaoblený, například jako beruška. V exoskeletu jsou vrstvy bohaté na bílkoviny, které se mohou individuálně pohybovat bez rozbití celého pláště. Obě poloviny pláště jsou spojeny dohromady jako kus skládačky. Vrstvy postupujte puzzle-jako křivky, posílení nejtenčí část společného—krku-jako kousek, kde se dvě poloviny jsou zajištěny.,
ve svém příspěvku vědci naznačují, že blokovací spojovací prvek inspirovaný broukem by možná mohl nahradit podobně tvarované, ale vrstvy méně, spoje používané k zajištění turbín letadel. Tým vytvořil 3D tištěný model s „laminací“ nebo vrstvami. Předpovídají, že toto zjištění by mohlo představovat “ okamžitý přínos pro letecké spojovací prostředky, poskytující zvýšenou pevnost a značnou zvýšenou houževnatost.“Ale opravdu, tento design může být použit kdykoliv dvou různých materiálů—jako je kov a plast—musí být srostlá, jako mosty, budovy a vozidla.,
Ultra-Černá Pigmentace Šestnáct Druhů hlubinných Ryb Je Vysvětlen
Když Národní Muzeum Přírodní Historie, námořní bioložkou Karen Osborn a její tým náhodou zastavil hluboký oceán zubatice ryby v jejich síti na kraby, pokusili se vzít svůj obrázek., Ale zkuste, jak by mohli, podrobnosti o tryskové černé rybě nemohly být zachyceny. Ryba byla doslova nefotogenní, později se to dozvěděli, protože její tkáň absorbovala 99,5 procenta světla z blesku fotoaparátu.
zubatice, a dalších 15 druhů, zahrnutých do studie, sport ultra-černá pigmentace, která jim umožňuje splynout do hřiště, temné prostředí hlubokého oceánu. Ačkoli světlo nemůže dosáhnout této části oceánu, některé ryby jsou bioluminiscenční. Pro záludné predátory je maskování do temné propasti – nebo ještě lépe absorbující světlo-nejlepším neviditelným pláštěm přírody.,
Spousta zvířat na souši i na moři byly velmi černé zbarvení, ale člověkem barva odráží kolem 10 procent světla a většina ostatních černá ryba odrážet 2 procenta světla. K překročení ultračerného prahu se těchto 16 druhů muselo odrážet .5 procent všech světla svítí svou cestu. Tyto druhy dosáhl tento čin s hustě balené, jumbo-velké, ve tvaru tobolky melanosomů, nebo buňky obsahující tmavý pigment. U jiných černých, ale ne ultra černých zvířat jsou melanosomy volně rozloženy, menší a kulatější.,
imitací tvaru, struktury a disperze melanosomů ultra černé ryby mohou vědci v materiálech vytvořit umělý ultra-černý pigment. Tento pigment by mohl být použit pro potažení uvnitř dalekohledy získat lepší pohled na noční oblohu nebo zlepšení absorpce světla na solární panely. Mohlo by to dokonce zajímat Námořní výzkumníky, řekl Osborn Smithsonian v červenci. „Pokud byste měli vyrobit, řekněme, brnění, které mělo melanin na vnější straně, byli byste skvělí pro noční operace,“ říká.,
Když Plachtící Ze stromu na Strom, Tropických Hadů se Vlnily pro Stabilitu
Jako kdyby země hadi a plavání hadi nejsou dost, pět druhů hadů „létat.“Abych byl spravedlivý, tento let je opravdu spíše jako vysoce koordinovaný pád. Vypadá to trochu podobně jako kroutící se a boční vinutí, které dělají na zemi, ale s pomocí gravitace. Nebo jak řekl výzkumník biomechaniky Virginia Tech Jake Socha New York Times, snake flight se podobá “ velké, wiggly, stuha věc.,“
hadi vyrovnávají své kulaté torzo do zploštělého, trojúhelníkového tvaru, aby zachytili více vzduchu a klouzali z jednoho stromu do druhého, někdy desítky stop daleko. Ale celé ty prohrané výpady, které dělají ve vzduchu, nedávaly vědcům takový smysl. To je, dokud se Socho a jeho tým pronajal Virginia Tech je čtyři-story black box aréně s názvem Cube. V něm vybavili sedm létajících hadů reflexní páskou a své skoky zaznamenali na vysokorychlostních kamerách více než 150krát. (Neboj se., Tým musel projít bezpečnostním protokolem snake a aréna byla vybavena pěnovými podlahami a falešnými stromy.)
Snake flight se děje opravdu rychle, takže reflexní páska umožnila týmu znovu vytvořit let pomocí 3D počítačového modelování. Tým zjistil, že hadi se vlnili svisle dvakrát častěji než vodorovně a pohybovali ocasem nahoru a dolů. Virginia Tech strojní inženýr Isaac Yeaton řekl The Times, “ ostatní zvířata se vlní pro pohon. Ukazujeme, že létající hadi se vlní kvůli stabilitě.,“
tým doufá, že jejich nálezy mohou být použity k vytvoření nějakého létajícího robota pro vyhledávání a záchranu hadů. Yeaton říká, že tu výhodu, že had-inspiroval robotů je jejich stabilní lokomoce a schopnost propašovat přes těsné prostory, které by mohly způsobit váš typický bot na výlet nebo na podzim. Má své památky nastavit na možná jednoho dne vytváří bot, který může napodobit všechny hada zvraty, ohýbá, houpe a kroutí do jednoho robota.,
„Kombinovat je dohromady, můžete mít jednu platformu, aby se mohl pohybovat po složitých prostředích: robot může ascend strom nebo budovu, rychle klouzat do jiné oblasti, a pak se plazí nebo plavat někde jinde,“ Yeaton říká Smithsonian magazine prostřednictvím e-mailu. „Existují inženýrské výzvy, jak to udělat, ale jsem inspirován tím, jak schopní jsou skuteční létající hadi a nedávné pokroky v bioinspired designu.,“
Malé, Pulec-Jako Mořské Tvory, Aby Slizký Nafukovací Filtrační Systémy
obří larvy jsou tvarovány jako pulci, jen o něco větší; jejich těla měří až čtyři palce na délku., Tato drobná stvoření žijí volně stovky metrů pod mořskou hladinou, kde jsou zdroje potravy vzácné.
Tento rok, vědci použili laserové skenování nástroje odhalit komplex „sopel paláce“ tvorů, stavět, jako autor studie a bioengineer Kakani Katija z Monterey Bay Aquarium Research Institute hovory struktury. Tyto malé bezruký, beznohý stvoření používají své vlastní sekrety postavit propracovaný mraky hlen kompletní s chambersem, žebrované stěny, tunely, haly a skluzavky.,
stejně jako pavouci a jejich pavučiny, larvaceans ty používají tyto struktury zachytit drobné, řídké potraviny částice plovoucí. Jejich malé tělo sedí uprostřed „domu“, zatímco vrtí svým malým ocasem, aby čerpali vodu labyrintem kanálů a do úst-téměř jako propracovaný vodovodní systém. Mrak se zdvojnásobuje jako plášť neviditelnosti tím, že skryje pohyb tvora v temných hlubinách, kde je jakýkoli falešný pohyb trest smrti.
Katija doufá, že inspiraci z těchto zvířátek jednoho dne vytvoří biomimetický nafukovací filtrační systém., Vzhledem k tomu, že tato zvířata mohou odfiltrovat částice menší než viry, mohlo by se s takovým zařízením zlepšit lékařské nebo HEPA filtry.
„jsme stále ve fázi objevu tohoto projektu a doufám, že další vědci vyzvednou pochodeň,“ Katija říká Smithsonian magazine e-mailem.
Iron-Sbalený Protein Je Klíčem k červí Trubice je Zářící Modré Goo
záblesky bioluminiscenční zvířátka, jako světlušky, typicky trvají méně než sekundu na 10 sekund. Ale ne červ mořské pergamenové trubice-tito oceánští plavci produkují jasně modré goo, které zůstává aglow kdekoli od 16 do 72 hodin. Protože sliz stále svítí mimo tělo červa, neztrácí energii organismu, což je skvělé pro přežití červa, ale vyvolává otázku: jak se tak dlouho třpytí?,
University of California, San Diego vědci Evelien De Meulenaere, Christina Puzzanghera a Dimitri D. Deheyn zkoumal složité chemie červ hlenu a zjistili, že obsahuje železo nabité bílkoviny zvané feritin, který se uvolňuje ionty, nebo elektricky nabité atomy. Tato forma feritinu reaguje s modrým světlem a spouští větší produkci iontů, což zase udržuje světlo zářící ve zpětné smyčce.
tým doufá, Že replikovat trubice worm unikátní photoprotein—nebo protein, spojené s bioluminiscence—k osvětlení nádorových buněk v průběhu operace., Na jednodušší poznámku, Deheyn také říká, že by mohli vyvinout syntetickou biologickou baterii svého druhu, která by mohla být použita v nouzových situacích, kdy je elektřina venku. Porovnává myšlenku s nálepkami záře ve tmě.
„zářící samolepky stále září, protože nahromadily sluneční světlo ze dne a uvolnily ho v noci,“ říká Smithsonian. „Teď si představte, že nepotřebujete sluneční světlo, stačí přidat železo. Tyto druhy aplikací by mohly být použity jako přenosná biologická světla pro nouzové použití., Například možná budete potřebovat světlo na přistávací ploše pro vrtulníky nebo letadla při výpadku napájení.“
Čmeláci Možná Víte, Jak Jsou Velké
Čmeláci mají pověst pro svou nemotornost, ale možná to je trochu omyl v náš prospěch. Jeden letní den, inženýr Sridhar Ravi z University of New South Wales v Canbeře pozoroval včely pohybovat kolem větve a keře s lehkostí. Byl šokován, že organismus s poměrně malým mozkem je schopen tyto výzvy překonat.,
aby se včely podrobily zkoušce, Ravi a jeho tým spojili tunel s úlem ve své laboratoři. Jako překážku umístili úzkou mezeru uvnitř tunelu a postupem času ji zmenšili a zmenšili. Když byla mezera menší než rozpětí křídel včel, zastavili se, aby prohledali otvor a pak se otočili do strany, aby se dostali skrz mezeru, aniž by poškodili křídla. Dosažení I tohoto malého výkonu vyžaduje určité povědomí o tom, jak velké je tělo z různých úhlů, což je schopnost, kterou hmyz obecně nemá.,
ale pokud to včely s malými mozky zvládnou, Ravi říká, že roboti nemusí potřebovat velké komplikované procesory, aby se lépe orientovali ve svém okolí. „Komplexní vnímání nepotřebuje sofistikované, velké mozky a může být dosaženo v malých velikostech s mnohem méně neurony,“ říká Smithsonian. Tato myšlenka je vzrušující zvážit, když přemýšlíte o vývoji méně neohrabaných robotů. Doufejme, že vědci mohou využít své poznatky ke zlepšení robotických letových nebo plaveckých schopností.,
„promoce z pouhého snímání, aby bylo možné vnímat, bude znamenat epochu v oblasti robotiky,“ říká Ravi.
Listové Fréza Mravenec je Brnění Má Extra Minerální Bázi Ochranný Nátěr
Když evoluční biolog Hongjie Li si uvědomil, list fréza mravenci studoval měla tenkou vrstvou minerální brnění, řekl svému kolegovi: „našel jsem rock mravenci.“
pro další studium exoskeletu mravence by musel být povlak odstraněn, ale jak? Li měl zjevení při čištění zubů, říká Science News. Ústní voda odstraňuje z našich zubů spoustu nevyžádané pošty, aniž by poškodila naše tváře, dásně a jazyk. Jeho tušení udělal trik a ústní voda rozpustila minerální povlak bez poškození exoskeletu., Prostřednictvím tradičních laboratorních experimentů tým určil, že minerální povlak je vyroben z kalcitu s vysokou koncentrací hořčíku. U mořských ježků se předpokládá, že tato směs kalcitu a hořčíku činí malou „kamennou špičku“ svého zubu schopnou brousit vápencem.
„Integrace hořčíku v kalcitu může být zvláště výhodné pro všechny nanotechnologie, která zahrnuje použití kalcitu, jako jsou plasty, lepidla, stavební malty a stomatologie,“ vysvětluje autoři studie Cameron Currie a Kukla Gilbert v e-mailu pro Smithsonian magazine.,
kromě toho minerální povlak není něco, s čím se mravenci rodí, ale něco, co se mohou vyvinout v okamžiku, kdy to potřebují, vysvětluje Currie.
„je neuvěřitelné, že naši mravenci jsou schopni masivně zlepšit tuto projekci tím, že rychle vytvoří tenký a lehký nanokrystální povlak,“ říká. „To zdůrazňuje potenciální použití nanomateriálního povlaku, jako je tento, ke zlepšení brnění těla.,“
Někteří Motýli Mají Akustický Plášť, Který Tlumí Netopýří Sonar
být můra zoufale schovává před predátorem, který využívá zvuk „vidět“, není snadné, ale některé z těchto okřídlených hmyzu se vyvinuly působivé vlastnosti, aby se chránili před netopýry.,
kromě zvuku-změkčení srsti, dvě bezuchý můra druhů vidlice ve tvaru šupin na křídlech, které pomáhají absorbovat netopýří sonar, vědci zjistili, začátkem tohoto roku. Křídla jednotlivých můr jsou pokryta desítkami tisíc těchto drobných šupin, každá o délce menší než milimetr a tloušťce jen několik set mikrometrů. Každá stupnice deformuje zvuk křídla, zpomaluje jeho akustickou energii a zase odráží méně zvuku zpět k netopýrům., Zdá se, že váhy rezonují na jiné frekvenci a jako celek mohou „absorbovat nejméně tři oktávy zvuku“, hlásí Anthony King Pro Chemistry World.
„jsou vysoce strukturované, na nanometr měřítku se silně děrované vlnité horní a spodní vrstvy, které jsou vzájemně propojeny pomocí sítě minut pilíře,“ autor studie Marc Holderied z University of Bristol říká, Chemie Světě.
podle odhadů by zvukové izolační techniky inspirované můrou mohly učinit materiály “ 10krát účinnějšími při absorpci zvuků.,“Spíše než instalace rozměrných panelů v domácnostech a kancelářích, on předpovídá, zvukově-izolační tapety, potažené měřítko-jako nanostruktury.
Holderied mohl také vidět, že toto zjištění má také širší aplikace na úrovni průmyslu. „Jsme opravdu velmi nadšeni širokými vyhlídkami na použití tohoto materiálu,“ říká Smithsonian. „Jakékoliv oblasti od architektonické stroje a dopravní akustika, kde pohltivost zvuku se sníženou stopa je přínosem, by se zisk z tenčí můra-inspirované roztoky.”