Mange nye opfindelser og teknologier, som stammer inspiration fra naturen. Udøvelsen af modellering af kunstige produkter efter biologiske processer kaldes biomimicry eller biomimetics. Janine Benyus, medstifter af Biomimicry Institute, populariserede udtrykket i sin bog fra 1997, Biomimicry. “Biomimicry,” skrev hun, ” tager dybest set en designudfordring og derefter finder et økosystem, der allerede har løst den udfordring, og bogstaveligt talt forsøger at efterligne det, du lærer.,”
Når forskere, der studerer den naturlige verden, afslører deres fund, trækker opfindere og ingeniører ud af disse nye afsløringer og anvender naturens løsninger på ny teknologi. Uanset om de problemer, forskerne søger at løse, involverer opbygning af Bedre robotter, sporing af kræftceller mere effektivt eller forbedring af teleskoper til at studere rummet, kan en nyttig løsning findes i levende ting.
Her er ti fund fra 2020, der en dag kan føre til nye opfindelser.,
Suckerfish Surf på ryggen af andre havdyr
Remoras er havets hitchhikers., Også kendt som suckerfish, whalesuckers eller sharksuckers, en-to-tre-fods lange svømmere forankre sig til blåhvaler eller zebra hajer med en sugekop-lignende disk, der “sidder på deres hoved som en flade, gule hat,” ifølge the New York Times. Men disse suckerfish er ikke bare mooching en gratis tur. I år fandt forskere, at fiskene faktisk kan “surfe” langs deres chaufførs ryg, mens parret er i transit., Remoraerne glider langs deres værts krop, klynger sig nær en Hvals blæsehul og rygfinne, hvor der er minimal træk – hele tiden nibbling på død hud og parasitter.
Forskere Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen og deres hold fandt, at remora valg placering er nøglen til at hænge på. Området mellem blowhole og rygfinne, især på blåhvaler, har “meget lavere hastighed væske”, end hvis det var “bare et par centimeter højere” på hvalens krop, Flammang fortæller Gange.
fiskens “sugeskive” stikker faktisk heller ikke op mod hvalens hud., I stedet svæver den lige over, hvilket skaber en lavtryks zoneone, der suger fisken tæt på hvalen og forhindrer den i at flyve ud i afgrunden—det meste af tiden.
Flammang, biolog ved New Jersey Institute of Technology, har allerede fået arbejde på en kunstig suge-disk, der er inspireret af remora, at hun håber vil blive brugt til at fastgøre kameraer og tracking udstyr til truede havdyr, som blåhvaler. I øjeblikket bruger forskere regelmæssige sugekopper til at fastgøre kameraer til deres forskningsemner, men de holder kun deres greb fra 24 Til 48 timer., Flammangs nye enhed forbliver tændt i uger og reducerer træk. Hun og hendes team tester i øjeblikket disken på kompatible overflader samt designer et remora-formet hus til kameraet. Til sidst vil de teste enheden på levende dyr, herunder hvaler, delfiner, hajer og manta stråler.
“Bioinspired fremskridt i vedhæftede fil, der er udviklet af Dr. Flammang’ s lab vil revolutionere, hvordan vi er i stand til at få tags på dyr med større succes og effektivitet,” Goldbogen, en marine biolog ved Stanford University, skriver til Smithsonian magazine., “Måske fremtidige tags kunne ikke kun vedhæfte, men også surfe og kravle ligesom remoras til det ideelle sted for specifikke fysiologiske prøveudtagning.”
Fisk på Finnerne Er så Følsom, som Fingerspidser
Fisk finner er ikke kun for styring og svømning, University of Chicago neurolog Adam Hardy og hans lab fandt dette år. Faktisk opdagede forskerne, at finner er lige så følsomme som primat fingerspidser. For at nå denne konklusion studerede forskerne runde gobies, en type bundlevende fisk, der er hjemmehørende i steder som Sortehavet og Det Kaspiske Hav, men invasive befolkninger lever overalt fra europæiske floder til de store søer., Disse små critters er kendt for at” aborre ” på klipper, børstning deres finner langs klippebedet af søer.
for at bestemme, hvor følsomme gobies’ finner var, injicerede holdet euthani fished fisk med en saltopløsning, der holdt deres nerver i drift normalt under deres eksperiment. De brugte derefter en speciel enhed til at registrere mønstre af elektriske impulser, som nerverne producerede, da fiskens finner børstede op mod et ridset hjul., Denne foranstaltning viste holdet, at fins ‘opfattede” rigtig fine detaljer”, fortalte medforfatter Melina Hale, også en neurovidenskabsmand ved University of Chicago, til Science ne .s.forskerne håber, at denne opdagelse kan inspirere til fremskridt inden for robot sensorisk teknologi, især i undervandsbots.
Den Djævelske Panserskib Bille ‘ s ydre skelet Er Uforgængelig
den djævelske panserblad beetle lever absolut op til sit navn. Mens de fleste bugs lever kun et par uger, har disse biller en levetid på omkring otte år, hvilket omtrent svarer til et menneske, der lever flere tusinde år. For at opnå en sådan bedrift har de udviklet en bemærkelsesværdig rustning.
De ca tommer lange insekt kan overleve at blive kørt over af en bil—og hvis du ikke kan tro, at, University of California, Irvine ingeniør David Kisailus og hans team stablet i en Toyota Camry og løb over to gange, og det har levet., Efter flere flere tekniske eksperimenter fandt teamet, at beetle kan modstå enormt pres-op til 39.000 gange sin egen kropsvægt.
flere faktorer bidrager til billerens robusthed. Billens eksoskelet er fladt, ikke afrundet, som f.eks. Inden for eksoskelettet er proteinrige lag, som kan skifte individuelt uden at hele skallen går i stykker. De to halvdele af skallen er sammenføjet som et puslespil. Lagene følger de puslespillignende kurver, der forstærker den tyndeste del af leddet—det halslignende bit, hvor de to halvdele er låst sammen.,
i deres papir foreslår forskerne, at en billeinspireret sammenlåsende fastgørelse måske kan erstatte lignende formede, men lagfri samlinger, der bruges til at sikre flyturbiner. Holdet skabte en 3-D trykt model komplet med “laminering” eller lag. De forudsiger, at dette fund kunne introducere ” øjeblikkelig fordel i forhold til luftfartsbeslag, hvilket giver forbedret styrke og betydelig øget sejhed.”Men virkelig, dette design kunne bruges når som helst to forskellige materialer—som metal og plast—skal være siamesiske, såsom i broer, bygninger og køretøjer, også.,
Den Ultra-Sort Pigmentering af Seksten Arter af dybhavsfisk Er Forklaret
Når National Museum of Natural History marine biolog Karen Osborn og hendes team ved et uheld trukket op af et dybt ocean fangtooth fisk i deres net af krabber, de forsøgte at tage sit billede., Men prøv som de måtte, detaljer om den jet-sorte fisk kunne ikke fanges. Fisken var bogstaveligt talt ufotogen, lærte de senere, fordi dens væv absorberede 99, 5 procent af lyset fra et kameras flash.
fangtooth, og 15 andre arter inkluderet i undersøgelsen, sport ultra-sort pigmentering, der giver dem mulighed for at blande sig ind i det dybe havs mørke miljø. Selvom lyset ikke kan nå denne del af havet, er nogle fisk bioluminescerende. For luskede rovdyr er camouflering i den mørke afgrund-eller endnu bedre absorberende lys-naturens bedste usynlighedskappe.,masser af dyr på land og hav har meget sort farve, men menneskeskabt farve afspejler omkring 10 procent af lyset, og de fleste andre sorte fisk afspejler 2 procent af lyset. For at krydse den ultra-sorte tærskel måtte disse 16 arter kun reflektere .5 procent af alt lys skinner deres vej. Disse arter opnåede denne bedrift med tætpakkede, jumbo-størrelse, kapselformede melanosomer eller celler indeholdende mørkt pigment. I andre sorte, men ikke ultra-sorte, dyr er melanosomer løst spredt ud, mindre og rundere i form.,
Ved at efterligne formen, strukturen og spredningen af den ultra-sorte fisks melanosomer kan materialeforskere muligvis skabe kunstigt ultra-sort pigment. Dette pigment kan bruges til at belægge indersiden af teleskoper for at få et bedre overblik over nattehimlen eller forbedre lysabsorptionen på solcellepaneler. Det kunne endda interessere Flådeforskere, fortalte Osborn Smithsonian i Juli. “Hvis du skulle lave, lad os sige, rustning, der havde melanin på ydersiden, ville du være fantastisk til night ops,” siger hun.,
når der skylles fra træ til træ, bølger tropiske slanger for stabilitet
som om jordslanger og svømmeslanger ikke er nok, flyver fem arter af slanger”.”For at være retfærdig er denne flyvning virkelig mere som højt koordineret fald. Det ligner lidt den vridende og sidevinding, de gør på land, men ved hjælp af tyngdekraften. Eller som Virginia Tech biomekanik forsker Jake Socha fortalte ne.York Times, snake flight ligner en “stor, wigiggly, bånd ting.,”
slangerne flade deres runde torso i en flad, trekantet form for at fange mere luft og glide fra et træ til et andet, nogle gange snesevis af fødder væk. Men hele side-til-side, loopy lunges de gør i luften gjorde ikke så meget mening for forskere. Det er indtil Socha og hans team lejede Virginia Techs fire-etagers black bo.arena kaldet Cube. I den udstyrede de syv flyvende slanger i reflekterende tape og registrerede deres spring på højhastighedskameraer mere end 150 gange. (Bare rolig., Holdet måtte passere snake safety protocol, og arenaen var udstyret med skumgulve og falske træer.)
Slangeflyvning sker virkelig hurtigt, så det reflekterende bånd gjorde det muligt for holdet at genskabe flyvningen ved hjælp af 3d-computermodellering. Holdet fandt ud af, at slangerne bølgede lodret dobbelt så ofte som de gjorde vandret og flyttede halen op og ned også. Virginia Tech maskiningeniør Isaac Yeaton fortalte Times, “andre dyr bølger for fremdrift. Vi viser, at flyvende slanger bølger for stabilitet.,”
holdet håber, at deres resultater kan bruges til at skabe en slags flyvende slange søgning-og-redning robot. Yeaton siger, at fordelen ved slangeinspirerede robotter er deres stabile bevægelse og evne til at snige sig gennem trange rum, der kan få din typiske bot til at rejse eller falde. Han har sine seværdigheder sat på måske en dag at skabe en bot, der kan efterligne alle slangens vendinger, bøjer, svinger og wigiggles i en enkelt robot.,
“ved at Kombinere dem sammen, kunne du have en platform, der kunne bevæge sig gennem komplekse miljøer: robotten kan bestige et træ eller en bygning, hurtigt glide til et andet område, og så sno sig eller svømme et andet sted, Yeaton fortæller Smithsonian magazine via e-mail. “Der er tekniske udfordringer ved at gøre dette, men jeg er inspireret af, hvor dygtige de rigtige flyvende slanger er og de seneste fremskridt inden for bioinspireret design.,”
Små, Haletudse-Ligesom havdyr Gøre Slimet Oppustelige Filtrering Systemer
Giant larvaceans er formet som haletudser, kun lidt større; deres kroppe måle op til fire inches i længden., Disse små skabninger lever frit hundreder af meter under havoverfladen, hvor fødekilder er knappe.
i år brugte forskere laserscanningsværktøjer til at afsløre de komplekse “snotpaladser”, som skabningerne bygger, som studieforfatter og bioingeniør Kakani Katija fra Monterey Bay A .uarium Research Institute kalder strukturerne. Disse små armløse, benløse væsener bruger deres egne sekretioner til at konstruere detaljerede skyer af snot komplet med kamre, ribbet vægge, tunneler, haller og sliske.,meget ligesom edderkopper og deres baner bruger larvaceans disse mucousy strukturer til at fange små, sparsomme fødevarepartikler, der flyder forbi. Deres lille krop sidder midt i “huset”, mens de venter deres lille hale for at pumpe vand gennem labyrinten af kanaler og ind i deres mund—næsten som et detaljeret VVS-system af slags. Skyen fungerer som en usynlighedskappe ved at skjule critterens bevægelse i de mørke dybder, hvor enhver falsk bevægelse er en dødsdom.Katija håber at hente inspiration fra disse critters til en dag at skabe et biomimetisk oppusteligt filtreringssystem., I betragtning af at disse dyr kan filtrere partikler, der er mindre end vira, kan måske medicinske eller HEPA-filtre forbedres med en sådan enhed.
“Vi er stadig i opdagelsen faser af dette projekt, og jeg håber, at andre forskere vil tage faklen,” Katija fortæller Smithsonian magazine via e-mail.
En Jern-Pakket Protein Er Nøglen til et Rør Worm ‘ s Lysende Blå Goo
blinkene af bioluminescerende critters, som ildfluer, varer typisk fra mindre end et sekund til højst 10 sekunder. Men ikke den marine pergamentrørorm-disse havsvømmere producerer en lyseblå goo, der forbliver glødende overalt fra 16 til 72 timer. Fordi slimet fortsætter med at skinne uden for ormens krop, spilder det ikke organismens energi, hvilket er fantastisk til ormens overlevelse, men spørger spørgsmålet: Hvordan fortsætter det med at skinne så længe?,
University of California, San Diego forskere Evelien De Meulenaere, Christina Puzzanghera og Dimitri D. Deheyn undersøgt kompliceret kemi ormen ‘ s slim og fandt, at det indeholder en jern-pakket protein kaldet ferritin, som udsender ioner, eller elektrisk ladede atomer. Denne form for ferritin reagerer med det blå lys, udløser mere ionproduktion, hvilket igen holder lyset glødende i en feedback loop.
holdet håber at replikere rørormens unikke fotoprotein—eller et protein forbundet med bioluminescens—for at belyse kræftceller under operationen., På en enklere note siger Deheyn også, at de kunne udvikle et syntetisk biologisk batteri af slags, der kunne bruges i nødsituationer, når elektricitet er ude. Han sammenligner ideen med glød-i-mørke klistermærker.
“glødende klistermærker bliver ved med at gløde, fordi de akkumulerede sollys fra dagen og frigiver det nat,” fortæller han Smithsonian. “Forestil dig nu, at du ikke har brug for sollys, du skal bare tilføje jern. Disse typer applikationer kan bruges som bærbare biologiske lys til nødsituation., For eksempel har du måske brug for lys på en landingsplade til helikoptere eller fly i strømafbrydelse.”
Humlebier Kan Vide, Hvor Store De Er
Humlebier har et ry for at klodsethed, men måske er det lidt af en fejlvurdering på vores vegne. En sommerdag så ingeniør Sridhar Ravi fra University of ne.South .ales i Canberra bier navigere rundt om grene og buske med lethed. Han var chokeret over, at en organisme med en ret lille hjerne er i stand til at overvinde disse udfordringer.,for at sætte bierne på prøve, forbandt Ravi og hans team en tunnel til en bikube i deres laboratorium. De placerede et smalt hul inde i tunnelen som en hindring og gjorde det mindre og mindre over tid. Da hullet var mindre end biernes vingespidser, standsede de for at scanne åbningen og vendte derefter sidelæns for at komme igennem hullet uden at beskadige deres vinger. At udføre selv denne lille bedrift kræver en vis bevidsthed om, hvor stor ens krop er fra forskellige vinkler, en evne, som insekter generelt ikke antages at besidde.,
men hvis småhjerne kan klare det, siger Ravi, at robotter måske ikke har brug for store komplicerede processorer for at blive bedre til at navigere i deres omgivelser. “Komplekse opfattelser har ikke brug for sofistikerede, store hjerner og kan opnås i små størrelsesskalaer med langt færre neuroner,” fortæller han Smithsonian. Denne ID.er spændende at overveje, når man tænker på at udvikle mindre klodsede robotter. Forhåbentlig kan forskerne bruge deres resultater til at forbedre robot flyvning eller svømning evner.,
“gradueringen fra blot at føle sig i stand til at opfatte vil markere en epoke inden for robotik,” siger Ravi.
Et Blad-Cutter Ant ‘ s Body Armor Har en Ekstra Mineral-Baserede Beskyttende Belægning
Når evolutionære biolog Hongji Li indset blad-cutter myrer han var studerende havde et tyndt lag mineral body armor, han fortalte det til sin kollega: “jeg fandt rock myrer.”
for at studere myrens eksoskelet yderligere, skal belægningen fjernes, men hvordan? Li havde en epifanie, mens han børstede tænderne, fortæller han Science ne .s. Mundskyl fjerner masser af junk fra vores tænder uden at beskadige vores kinder, tandkød og tunge. Hans fornemmelse gjorde tricket, og mundskyl opløste mineralbelægningen uden at skade eksoskelettet., Gennem mere traditionelle laboratorieforsøg, holdet bestemt mineralet belægning er lavet af calcit med en høj koncentration af magnesium. I søpindsvin menes denne blanding af calcit og magnesium at gøre den lille “stenspids” af dens tand i stand til at slibe gennem kalksten.
“Integration af magnesium i calcit kan være særligt gavnligt for nogen nanoteknologi, der indebærer brug af calcit, som i plast, lim, konstruktion mørtel og tandpleje,” forklarer undersøgelsens forfattere Cameron Currie og Puppe Gilbert i en e-mail til Smithsonian magazine.,
desuden er mineralbelægningen ikke noget myrerne er født med, men noget de kan udvikle på et øjeblik, når de har brug for det, forklarer Currie.
“det er utroligt, at vores myrer er i stand til massivt at forbedre denne projektion ved hurtigt at danne en tynd og let nanokrystal belægning,” siger han. “Dette fremhæver den potentielle anvendelse af nanomaterialebelægning som denne for at forbedre kropsrustning.,”
Nogle Møl Har en Akustisk Kappe, Der Dæmper Bat Sonar
At være en møl desperat at skjule fra et rovdyr, der bruger lyd til at “se”, er ingen let sag, men nogle af disse bevingede insekter har udviklet sig imponerende funktioner til at beskytte sig selv fra flagermus.,
ud over lydblødgørende pels har to earless moth-arter gaffelformede skalaer på deres vinger, der hjælper med at absorbere bat sonar, fandt forskere tidligere i år. Individuelle møllens vinger er dækket af titusinder af disse små skalaer, hver mindre end millimeter lange og kun et par hundrede mikrometer tykke. Hver skala wararps lyden af vingen, bremse sin akustiske energi og til gengæld afspejler mindre lyd tilbage til flagermus., Skalaerne ser ud til at resonere med en anden frekvens, og som helhed kan de “absorbere mindst tre oktaver lyd,” rapporterer Anthony King for Chemistry Worldorld.
“De er meget struktureret på en nanometer skala med kraftigt perforeret bølgepap øverste og nederste lag, som er indbyrdes forbundet af et netværk af små søjler,” undersøgelsen forfatter Marc Holderied af University of Bristol fortæller Kemi Verden.Holderied estimater moth-inspirerede lydisoleringsteknikker kunne gøre materialer ” 10 gange mere effektive til at absorbere lyde.,”I stedet for at installere voluminøse paneler i hjem og kontorer, forestiller han sig lydabsorberende tapet belagt med skalalignende nanostrukturer.Holderied kunne også se, at dette fund også har bredere applikationer på brancheniveau. “Vi er faktisk meget begejstrede over de brede anvendelsesmuligheder for dette materiale,” fortæller han Smithsonian. “Ethvert felt fra arkitektonisk til maskine-og transportakustik, hvor lydabsorption med reduceret fodaftryk er til gavn, ville drage fordel af tyndere møl-inspirerede løsninger.”