Monet uudet keksinnöt ja teknologiat saavat innoituksensa luonnosta. Keinotekoisten tuotteiden mallintamista biologisten prosessien jälkeen kutsutaan biomimikroksi tai biomimetiikaksi. Biomimicry-instituutin perustaja Janine Benyus popularisoi termin vuonna 1997 ilmestyneessä kirjassaan Biomimicry. ”Biomimicry”, hän kirjoitti, ”on pohjimmiltaan ottaen suunnittelu haaste ja sitten löytää ekosysteemin että on jo ratkaistu, että haaste, ja kirjaimellisesti yrittää jäljitellä mitä opit.,”
Kuten tutkijat opiskelu luonnollinen maailma paljastaa havainnoistaan, keksijät ja insinöörit ovat piirustus nämä uudet paljastukset ja soveltamalla luonnon ratkaisuja uuden teknologian. Onko ongelmia tutkijat haluavat ratkaista liittyy rakennuksen parempi robotteja, seuranta syöpäsoluja tehokkaammin tai parantaa kaukoputket tutkia tilaa, hyödyllinen ratkaisu löytyy eläviä olentoja.
tässä on kymmenen havaintoa vuodelta 2020, jotka voisivat jonain päivänä johtaa uusiin keksintöihin.,
Suckerfish Surf Selkään Muut merenelävät
Remoras ovat meren liftareita., Tunnetaan myös nimellä suckerfish, whalesuckers tai sharksuckers, yksi -, kolme-jalka-pitkä uimarit ankkuri itse sininen valaita tai seepra haiden kanssa imukuppi-kuin levy, joka ”istuu niiden pää on kuin taulu, tahmea hattu,” mukaan New York Times. Mutta nämä mänttikalat eivät ole vain vetämässä vapaata kyytiä. Tänä vuonna tutkijat havaitsivat, että kalat voivat itse asiassa ”surffata” autonkuljettajansa selässä parin ollessa kauttakulkumatkalla., Remoras liukua pitkin isännän kehon, klusterointi lähellä valas on ilmareikä ja selkäevä, jossa on minimaalinen vetämällä kaikki kun nibbling kuollutta ihoa ja loisia.
Tutkijat Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen ja niiden joukkueet totesi, että remora on valinta sijainti on avain roikkuu. Alue välillä ilmareikä ja selkäevä, erityisesti sininen valaita, on ”paljon pienempi-nopeus nestettä” kuin jos se olisi ”vain muutaman sentin korkeampi” valaan elin, Flammang kertoo Kertaa.
kalan ”imeskelykiekko” ei varsinaisesti Tartu myöskään valaan ihoa vasten., Sen sijaan se leijuu juuri edellä luoden matalapaineen vyöhykkeen, joka imee kalat valaan lähelle ja estää sitä lentämästä syvyyteen-suurimman osan ajasta.
Flammang, biologi New Jersey Institute of Technology, on jo saanut työskennellä keinotekoinen imu-levyn innoittamana remora, että hän toivoo käytetään liittää kamerat ja seuranta laitteiden uhanalaisten merieläinten, kuten sininen valaita. Tällä hetkellä tutkijat käyttävät säännöllisiä imukuppeja kiinnittääkseen kamerat tutkimuskohteisiinsa, mutta ne pitävät otteensa vain 24-48 tuntia., Flammangin uusi laite pysyy päällä viikkoja ja vähentää vetämistä. Hän testaa parhaillaan tiiminsä kanssa levyä yhteensopivilla pinnoilla sekä suunnittelee kameralle remoran muotoista koteloa. Lopulta he testaavat laitetta elävillä eläimillä, kuten valailla, delfiineillä, hailla ja mantasäteillä.
”Bioinspired ennakot kiinnitys kehittänyt Dr. Flammang on lab mullistaa miten voimme saada tunnisteet eläinten kanssa suurempi menestys ja tehokkuus,” Goldbogen, meribiologi Stanfordin Yliopistossa, kirjoittaa Smithsonian magazine., ”Ehkä tulevaisuudessa tunnisteet voisi paitsi liittää, mutta myös surffata ja ryömiä aivan kuten remoras ihanteellinen paikka erityisiä fysiologisia näytteenotto.”
Kala Evät Ovat niin Herkkä kuin Sormenpäät
Kala evät eivät ole vain ohjauksen ja uinti, Chicagon Yliopiston aivotutkija Adam Hardy ja hänen lab löytynyt tänä vuonna. Tutkijat havaitsivat, että evät ovat yhtä herkkiä kuin kädellisten sormenpäät. Päästä tähän johtopäätökseen, tutkijat tutkittu kierros tokkoa, tyyppi bottom asunnon kala kotoisin paikoissa, kuten mustanmeren ja Kaspianmeren, mutta invasiivisia väestön asua missä tahansa Euroopan jokien ja Järvien., Näiden pikkuriikkisten tiedetään ”ahvenen” kallioilla harjaten evät pitkin järvien kalliopohjaa.
määrittää, kuinka herkkä tokkoa’ evät olivat, joukkue pistetään lopetettiin kala suolaliuosta, joka pitää niiden hermoja toimii normaalisti aikana niiden kokeilu. Ne sitten käyttää erityinen laite tallentaa malleja sähkö impulsseja hermoja syntyy, kun kalan evät harjattu vastaan uurteinen pyörä., Tämä toimenpide osoitti, että joukkue evät olivat hahmottaminen ”todella hienoja yksityiskohtia,” tutkimus coauthor Melina Hale, myös aivotutkija at University of Chicago, kertoi Science News.
tutkijat toivottavasti tämä löytö voi innostaa kehitysten robotti aistien tekniikka, erityisesti vedenalainen vastaan.
Pirullinen Ironclad Beetle on Tukiranka On Tuhoutumaton
pirullinen ironclad-kovakuoriainen elää ehdottomasti nimensä mukaisesti. Vaikka useimmat ötökät elävät vain muutaman viikon, näiden kovakuoriaisten elinikä on noin kahdeksan vuotta, mikä vastaa suunnilleen ihmisen elämää useita tuhansia vuosia. Saavuttaakseen tällaisen uroteon, he ovat kehittäneet huomattavan haarniskan.
karkeasti tuumainen-pitkä hyönteinen voi selviytyä ajetaan yli autolla—ja jos et voi uskoa, että University of California, Irvine insinööri David Kisailus ja hänen joukkue kasataan Toyota Camry ja juoksi yksi yli kahdesti, ja se asui., Useiden teknisten kokeiden jälkeen ryhmä havaitsi, että kovakuoriainen kestää valtavan paineen—jopa 39 000 kertaa oman painonsa.
useat tekijät vaikuttavat kovakuoriaisen tukevuuteen. Kovakuoriaisen tukiranka on litteä, pyöristymätön, kuten esimerkiksi leppäkerttu. Eksoskeletonin sisällä on proteiinipitoisia kerroksia, jotka voivat siirtyä yksittäin ilman, että koko kuori murtuu. Kuoren kaksi puoliskoa yhdistyvät toisiinsa kuin palapelin pala. Kerrokset seuraa palapeli-kuten käyrät, vahvistaa ohuin osa yhteistä—kaula-kuten vähän missä kaksi puolikasta ovat toistensa lomassa.,
heidän paperi, tutkijat ehdottavat, kovakuoriainen-vaikutteita lukituksesta kiinnitin voisi ehkä korvata samoin muotoinen, mutta kerros-vähemmän, nivelet, jota käytetään suojaamaan lentokoneen turbiineja. Tiimi loi 3D-tulostetun mallin, jossa oli ”laminointi” eli kerrokset. He ennustavat, että tämä havainto saattaa esitellä ”välitöntä hyötyä yli ilmailun kiinnikkeet, tehostetun vahvuus ja merkittävästi lisääntynyt sitkeys.”Mutta todella, tämä muotoilu voitaisiin käyttää milloin tahansa kaksi eri materiaaleja-kuten metalli ja muovi—on yhdistettävä, kuten sillat, rakennukset ja ajoneuvot, liian.,
Ultra-Musta Pigmentti Kuusitoista Lajien syvänmeren Kala On Selitetty
Kun National Museum of Natural History meren biologi Karen Osborn ja hänen tiiminsä vahingossa veti syvään mereen fangtooth kaloja niiden net rapuja, he yrittivät ottaa sen kuvan., Jet-black-kalan yksityiskohtia ei kuitenkaan voitu vangita. Kala oli kirjaimellisesti unphotogenic, he myöhemmin tietää, koska sen vaimentava kudos oli 99,5 prosenttia valo kameran salama.
fangtooth, ja 15 muita lajeja mukana tutkimuksessa, sport ultra-musta pigmentti, jonka avulla ne voivat sulautua sisään sysimusta ympäristö syvällä meressä. Vaikka valo ei ylety tähän osaan valtamerta, jotkut kalat ovat bioluminesoivia. Sillä ovelia saalistajia, naamiointi pimeään kuiluun—tai vielä parempaa absorboivat valoa—on luonnon parhaita näkymättömyys viitta.,
Paljon eläimiä, maalla ja merellä on hyvin musta väritys, mutta ihmisen-teki väri heijastaa noin 10 prosenttia valon ja useimmat muut musta kala heijastavat 2 prosenttia valoa. Ultramustan kynnyksen ylittämiseksi näiden 16 lajin piti vain heijastaa .5 prosenttia kaikesta valosta loistaa tiensä. Nämä lajit saavuttivat tämän taidonnäytteen tiheästi pakatuilla, jumbokokoisilla, kapselinmuotoisilla melanosomeilla tai tummaa pigmenttiä sisältävillä soluilla. Muissa musta, mutta ei ultra-musta, eläimet, melanosomien ovat löyhästi levittää, pienempi ja pyöreämpi muoto.,
jäljittelemällä muoto, rakenne ja hajonta ultra-musta kala on melanosomien, materiaalien tutkijat voivat luoda keinotekoisia ultra-musta pigmentti. Tätä pigmenttiä voitaisiin käyttää kaukoputkien sisäpuolen päällystämiseen, jotta saataisiin parempi näkymä yötaivaalle tai aurinkopaneelien valon absorptiota parannettaisiin. Se voisi jopa kiinnostaa Meritutkijoita, Osborn kertoi Smithsonianille heinäkuussa. ”Jos tekisit vaikkapa panssarin, jossa oli melaniinia ulkona, olisit loistava yöoperaatioissa”, hän sanoo.,
Kun Huiman puusta Puuhun, Trooppinen Käärmeitä Undulate Vakautta
Koska jos maahan käärmeitä ja uima-käärmeet eivät riitä, viisi lajia käärmeitä ”lentää.”Ollakseni reilu, tämä lento on pikemminkin hyvin koordinoitu lasku. Se näyttää tavallaan samanlainen kiemurrellen ja puoli-käämitys he tekevät maalla, mutta sen avulla painovoiman. Tai kuten Virginia Tech biomekaniikan tutkija Jake Socha kertoi New York Times, käärme lento muistuttaa ”iso, wiggly, nauha asia.,”
käärmeet litistää niiden pyöreä vartalo osaksi litteä, kolmiomainen muoto, jotta kiinni enemmän ilmaa ja liukua yhdestä puusta toiseen, joskus kymmeniä metrin päässä. Mutta se, mitä he tekevät ilmassa, ei ollut yhtä järkevää tiedemiesten mielestä. Siihen asti Socha ryhmineen vuokrasi Virginia Techin nelikerroksisen black box Arenan nimeltä The Cube. Ne varustettiin seitsemän lentävät käärmeet heijastava nauha ja kirjata niiden harppauksia high speed-kamerat yli 150 kertaa. (Älä huoli., Joukkueen oli läpäistävä snake safety protocol, ja Areenalla oli vaahtomuovilattiat ja valepuut.)
Snake flight tapahtuu todella nopeasti, joten heijastava nauha antoi tiimille mahdollisuuden luoda lento uudelleen 3-D-tietokonemallinnuksen avulla. Ryhmä havaitsi, että käärmeet liikkuivat pystyasennossa kaksi kertaa useammin kuin vaakatasossa ja siirsivät häntäänsä myös ylös ja alas. Virginia Tech mekaaninen insinööri Isaac Yeaton kertoi Times, ”Muut eläimet undulate käyttövoimaksi. Me näytämme, että lentävät käärmeet undulate vakauden.,”
joukkue toivoo löytöjensä avulla pystyvän luomaan jonkinlaisen lentävän käärmeen etsintä-ja pelastusrobotin. Yeaton sanoo etu käärme-vaikutteita robotit on heidän vakaa liikkumiskyky ja kyky hiipiä läpi ahtaissa tiloissa, joka saattaa aiheuttaa tyypillinen bot kompastua tai pudota. Hän sai hänen katse ehkä jonain päivänä luoda botti, joka voi jäljitellä kaikki käärme käänteitä, taipuu, kääntyy ja kiemurtelee yhdeksi robotti.,
”Yhdistämällä ne yhdessä, sinulla voisi olla yksi foorumi, joka voi liikkua monimutkaisissa ympäristöissä: robotti voi nousta puu tai rakennus, nopeasti liukua toiselle alueelle, ja sitten liukastella tai uida jonnekin muualle,” Yeaton kertoo Smithsonian-lehden sähköpostitse. ”On teknisiä haasteita, mutta olen innoittamana, miten pystyy todellinen lentävät käärmeet ovat ja viimeaikaiset edistysaskeleet bioinspired suunnittelu.,”
Pieni, Nuijapää-Kuten merenelävät Tehdä Limainen Puhallettava Suodatus Järjestelmät
Jättiläinen larvaceans ovat muotoinen nuijapäitä, vain hieman suurempi; heidän ruumiinsa mitata jopa neljä tuumaa pitkä., Nämä pienet olennot elävät vapaasti satojen metrien syvyydessä meren pinnan alla, missä ravinnonlähteet ovat vähissä.
Tänä vuonna, tutkijat käyttivät laser skannaus työkaluja, paljastaa monimutkainen ”räkä palatseja” olentoja rakentaa, koska tutkimuksen tekijä ja bioinsinööri Kakani Katija Monterey Bay Aquarium Research Institute kutsuu rakenteita. Nämä pienet kädetön, jalaton olentoja, käyttää omaa eritteiden rakentaa kehittää pilviä räkä täydellinen chambers, uurrettu seiniä, tunneleita, käytäviä ja liukumäet.,
aivan kuten hämähäkkejä ja niiden seittejä, larvaceans käyttää näitä limainen rakenteet kaapata pieni, harva ruoka hiukkasia, joita. Heidän pieni elin istuu keskellä ”house”, kun taas he heiluttavat pikku häntää pumpata vettä läpi labyrintin kanavia ja suuhunsa—melkein kuin laatia lvi-järjestelmä lajittelee. Pilvi kaksinkertaistuu näkymättömyys viitta salaamalla veijari on yöllä pimeässä syvyydessä, jossa mikä tahansa väärä liike on kuolemantuomio.
Katija toivoo vetää inspiraatiota näistä otuksiin yksi päivä luoda biomimeettinen puhallettava suodatusjärjestelmä., Kun otetaan huomioon, että nämä eläimet voivat suodattaa viruksia pienempiä hiukkasia, voitaisiin ehkä parantaa lääkinnällisiä tai HEPA-suodattimia tällaisella laitteella.
”Olemme edelleen löytö vaiheessa tämän hankkeen, ja toivon, että muut tutkijat poimia soihtu,” Katija kertoo Smithsonian-lehden sähköpostitse.
Rauta-Pakattu Proteiini On Avain Putki Worm on Hehkuva Sininen Goo
vilkkuu bioluminescent otuksiin, kuten fireflies, yleensä kestää vähemmän kuin toinen korkeintaan 10 sekuntia. Mutta ei meren pergamentti putki mato—nämä meressä uimareita tuottaa kirkkaan sininen liisteri, joka pysyy hehkuen tahansa 16 72 tuntia. Koska liman pitää paistaa ulkopuolella worm ruumis, se ei tuhlaa organismin energiaa, mikä on hyvä mato on selviytyminen, mutta herää kysymys: Miten se pitää kimaltelevan niin kauan?,
University of California, San Diego tutkijat Evelien De Meulenaere, Christina Puzzanghera ja Dimitri D. Deheyn tutki monimutkainen kemia mato on limaa ja todettiin, että se sisältää rauta-pakattu proteiinin ferritiini, joka tuottaa ioneja, tai sähköisesti varautuneita atomeja. Tämä muoto ferritiini reagoi sininen valo, liipaisu enemmän ion tuotantoa, joka puolestaan pitää valoa hehkuva palautetta silmukka.
joukkue toivoo jäljitellä putki worm on ainutlaatuinen photoprotein—tai proteiini liittyvät bioluminescence—valaisemaan syöpäsolut leikkauksen aikana., Yksinkertaisemmin Deheyn sanoo myös, että he voisivat kehittää eräänlaisen synteettisen biologisen akun, jota voitaisiin käyttää hätätilanteissa, kun sähköt ovat poikki. Hän vertaa ideaa hohtaviin tarroihin.
”hehkuvat tarrat hehkuvat, koska ne keräsivät päivän auringonvaloa ja vapauttavat sen yöksi”, hän kertoo Smithsonianille. ”Kuvittele, ettet tarvitse auringonvaloa, sinun tarvitsee vain lisätä rautaa. Tällaisia sovelluksia voidaan käyttää kannettava biologinen valot, hätä käyttää., Ehkä esimerkiksi helikoptereille tai sähkökatkoksessa oleville lentokoneille tarvitaan valoa laskeutumisalustalle.”
Kimalaisia Voi Tietää, Kuinka Suuria Ne Ovat
Kimalaisia on maine kömpelyyttä, mutta ehkä se on vähän virhearvioinnilla meidän puolestamme. Eräänä kesäpäivänä insinööri Sridhar Ravi Uuden Etelä-Walesin yliopistosta Canberrasta katseli mehiläisten Suunnistavan helposti oksien ja pensaiden ympärillä. Hän oli järkyttynyt siitä, että organismi melko pienet aivot pystyy voittamaan nämä haasteet.,
jotta mehiläiset saataisiin testiin, Ravi ryhmineen yhdisti laboratoriossaan tunnelin mehiläispesään. He asettivat kapean aukon tunnelin sisään esteeksi ja tekivät siitä ajan mittaan pienemmän ja pienemmän. Kun aukko oli pienempi kuin mehiläisten siipien kärkivälit, ne pysähtyivät skannaamaan aukon ja kääntyivät sitten sivuttain päästäkseen raon läpi vahingoittamatta siipiään. Toteutuksessa jopa tämä pieni feat vaatii joitakin tietoisuutta siitä, kuinka iso yksi ruumis on eri näkökulmista, aptitude, että hyönteiset eivät ole yleisesti ajatellaan olevan.,
Mutta jos pieniaivoiset mehiläiset voivat käsitellä sitä, Ravi sanoo, että robotit eivät tarvitse monimutkaista prosessorit saada paremmin navigoinnin ympäristöönsä. ”Monimutkaiset käsitykset eivät tarvitse kehittyneitä, suuria aivoja, ja ne voidaan saavuttaa pienillä kokoluokilla, joissa on paljon vähemmän hermosoluja”, hän kertoo Smithsonianille. Tätä ajatusta on jännittävää pohtia, kun mietitään vähemmän kömpelöiden robottien kehittämistä. Toivottavasti tutkijat voivat havaintojensa avulla parantaa robottilento-tai uintikykyä.,
”valmistuminen pelkästä aistimisesta hahmottamiseksi merkitsee aikakautta robotiikan alalla”, Ravi sanoo.
Lehti-Leikkuri Ant on luotiliivit On Ylimääräinen Mineraali-Pohjainen Suojaava Pinnoite
Kun evoluutiobiologi Hongjie Li tajusi, lehti-leikkuri muurahaisia hän opiskeli oli ohut kerros mineral body armor, hän kertoi hänen kollegansa: ”löysin rock muurahaisia.”
tutkimuksen ant kuori entisestään, pinnoite olisi poistettava, mutta miten? Li sai loppiaisen harjatessaan hampaitaan, hän kertoo Science Newsille. Suuvesi poistaa runsaasti roskaa meidän hampaita vahingoittamatta meidän posket, kumit ja kielen. Hänen aavistus teki tempun, ja suuvesi liuennut mineraali pinnoite vahingoittamatta tukiranka., Perinteisempien laboratoriokokeiden avulla ryhmä määritti, että mineraalipinnoite on tehty kalsiitista, jossa on korkea magnesiumpitoisuus. Vuonna merisiilit, tämä seos kalsiitti ja magnesiumia on ajatellut tehdä pieni ”kivi vihje” sen hammas pystyy hionta läpi kalkkikivi.
”Integrointi magnesiumia kalsiitti voisi olla erityisen hyödyllistä tahansa nanoteknologia, joka liittyy käytön kalsiitti, kuten muovit, liimat, rakentaminen laasti ja hammaslääketieteen”, kertoo tutkimuksen tekijät Cameron Currie ja Kotelo Gilbert sähköpostia Smithsonian magazine.,
myöskään mineraalipinnoite ei ole jotain, jolla muurahaiset syntyvät, vaan jotain, mitä ne voivat kehittyä hetkessä, kun niitä tarvitaan, Currie selittää.
”on uskomatonta, että muurahaisemme pystyvät massiivisesti parantamaan tätä projektiota muodostamalla nopeasti ohuen ja kevyen nanokrystaalisen pinnoitteen”, hän sanoo. ”Tämä korostaa tällaisen nanomateriaalipinnoituksen mahdollista käyttöä panssaroinnin parantamiseksi.,”
Jotkut Koit Akustinen Viitta, Joka Vaimentaa Bat Sonar
olla koi epätoivoisesti piilossa saalistaja, joka käyttää äänen ”nähdä” ei ole helppo, mutta jotkut näistä siivekäs hyönteiset ovat kehittyneet vaikuttavia ominaisuuksia suojautua lepakot.,
lisäksi ääni-pehmentävä turkista, kaksi vuosi yhä koi lajeja on haarukka-muotoinen asteikot siivet, jotka auttavat imeä bat kaiku, tutkijat löysivät aiemmin tänä vuonna. Yksittäisen perhosen siivet ovat peitossa kymmeniä tuhansia näitä pieniä asteikot, kunkin yksi alle millimetrin pitkä ja vain muutama sata mikrometriä paksu. Jokainen asteikko vääntää Siiven ääntä hidastaen sen akustista energiaa ja vuorostaan heijastaen vähemmän ääntä takaisin lepakoille., Vaaka näyttää resonoi eri taajuudella ja koko, he voivat ”imeä vähintään kolme oktaavia äänen”, kertoo Anthony King Kemian Maailmaan.
”He ovat hyvin jäsennelty kerrostuneen mittakaavassa voimakkaasti rei’ itetty aallotettu ylä-ja alareunassa kerrokset, jotka ovat yhteydessä toisiinsa verkon minuutin pilarit,” tutkimuksen tekijä Marc Holderied University of Bristol, kertoo Chemistry World.
Holderied arvioi, koi-vaikutteita äänieristys tekniikoita voisi tehdä materiaaleja ”10 kertaa enemmän tehokas vaimentavat ääniä.,”Pikemminkin kuin asentamalla iso paneelit kodeissa ja toimistoissa, hän visioi ääntä vaimentava tapetti päällystetty mittakaavassa-kuten nanorakenteita.
Holderied saattoi nähdä myös tämän havainnon, jossa oli laajempia toimialakohtaisia sovelluksia. ”Olemme todella innoissamme tämän aineiston laajasta sovellutusmahdollisuudesta”, hän sanoo Smithsonianille. ”Minkä tahansa kentän arkkitehti kone-ja kuljetus akustiikka, jossa ääni imeytyminen vähentää jalanjälki on hyötyä, olisi voittoa ohuempi koi-vaikutteita ratkaisuja.”