Tíz tudományos felfedezés 2020-tól, amelyek új találmányokhoz | innovációhoz vezethetnek

számos új találmány és technológia inspirálja a természetet. A mesterséges termékek biológiai folyamatok utáni modellezésének gyakorlatát biomimikriának vagy biomimetikának nevezik. Janine Benyus, a Biomimicry Intézet társalapítója népszerűsítette a kifejezést 1997-es könyvében, A Biomimicry-ben. A biomimikri-írta-alapvetően tervezési kihívást jelent, majd olyan ökoszisztémát talál, amely már megoldotta ezt a kihívást, és szó szerint megpróbálja utánozni azt, amit tanul.,”

a tudósok tanuló a természeti világ felfedi a megállapítások, feltalálók, mérnökök vagy rajz ezek az új kinyilatkoztatások, majd alkalmazza a természet megoldások új technológia. Hogy a problémát a kutatók szeretnének megoldani magában épület jobb robotok, nyomon a rákos sejtek hatékonyabban vagy javítása távcsövek tanulni tér, egy hasznos megoldás megtalálható az élő dolgokat.

itt van tíz megállapítás 2020-ból, amelyek egy nap új találmányokhoz vezethetnek.,

Suckerfish Surf a hátán más tengeri lények

Remoras az óceán stopposai., Más néven suckerfish, whalesuckers vagy sharksuckers, az egy-három láb hosszú úszók kék bálnákhoz vagy zebracápákhoz horgonyoznak egy tapadókorongszerű lemezzel, amely “a fejükön ül, mint egy lapos, ragadós kalap,” A New York Times szerint. De ezek a balekok nem csak ingyen utaznak. Ebben az évben a kutatók azt találták, hogy a halak valójában “szörfözhetnek” sofőrjük hátán, miközben a pár tranzitban van., A remorák végigsiklanak gazdaszervezetük testén, egy bálnafúvó és hátúszó közelében csoportosulnak, ahol minimális a húzás—mindeközben elhalt bőrre és parazitákra harapnak.

Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen és csapataik azt találták, hogy a remora választott helye kulcsfontosságú a kitartáshoz. A blowhole és a hátsó perem közötti terület ,különösen a kék bálnákon, “sokkal alacsonyabb sebességű folyadékkal rendelkezik”, mint ha” csak néhány centiméterrel magasabb ” lenne a bálna testén-mondja Flammang a The Times-nak.

a hal “szívó korongja” valójában nem tapad a bálna bőréhez sem., Ehelyett lebeg fölött, ami egy alacsony nyomású zóna, amely szar a hal közel a bálna, és megakadályozza, hogy repül le a mélységbe-a legtöbb időt.

Flammang, a New Jersey-i Technológiai Intézet biológusa már dolgozik egy mesterséges szívólemezen, amelyet a remora inspirált, hogy reméli, hogy kamerákat és nyomkövető eszközöket csatolnak a veszélyeztetett tengeri állatokhoz, például a kék bálnákhoz. Jelenleg a kutatók rendszeres tapadókorongokat használnak a fényképezőgépek rögzítésére kutatási alanyaikhoz, de ezek csak 24-48 óráig tartják meg a tapadást., A Flammang új készüléke hetekig marad és csökkenti a légellenállást. Csapata jelenleg teszteli a lemezt a megfelelő felületeken, valamint remora alakú burkolatot tervez a fényképezőgép számára. Végül élő állatokon tesztelik az eszközt, többek között bálnákon, delfineken, cápákon és manta-sugarakon.

“a Dr. Flammang laboratóriuma által kifejlesztett bioinspired advances in attachment forradalmasítja, hogyan tudunk nagyobb sikerrel és hatékonysággal címkéket kapni az állatokról” – írja Goldbogen, a Stanford Egyetem tengerbiológusa a Smithsonian magazinnak., “Lehet, hogy a jövőbeli címkék nem csak csatolhatnak, hanem szörfözhetnek és feltérképezhetnek, mint a remorák az ideális helyre az adott fiziológiai mintavételhez.”

A Hal uszonyai ugyanolyan érzékenyek, mint az ujjhegyei

a hal uszonyai nem csak kormányzásra és úszásra valók, a Chicagói Egyetem idegtudósa, Hardy Ádám és laborja idén találta meg. Valójában a kutatók felfedezték, hogy az uszonyok ugyanolyan érzékenyek, mint a főemlős ujjhegyei. Hogy elérjük ezt a következtetést, a tudósok vizsgálták kerek gobies, típusa, alsó lakás hal őshonos helyeken, mint a Fekete-Tenger, Kaszpi-Tenger, de invazív lakosság éljen bárhol Európai folyók a Nagy-Tavak., Ezek a kis fickók ismert, hogy “sügér” a sziklákon, fogmosás uszonyok mentén a szikla ágy tavak.

annak meghatározására, hogy mennyire érzékenyek a gobies uszonyai, a csapat sóoldattal injektálta az eutanizált halat, amely a kísérlet során az idegeket normálisan működtette. Ezután egy speciális eszközt használtak az idegek által termelt elektromos impulzusok mintáinak rögzítésére, amikor a hal uszonyai egy gerinces kerékkel szemben csiszoltak., Ez az intézkedés azt mutatta a csapatnak, hogy az uszonyok “nagyon finom részleteket érzékelnek” – mondta Melina Hale, a Chicagói Egyetem idegtudósa, a Science News-nak.

a kutatók remélik, hogy ez a felfedezés ösztönözheti a robot szenzoros technológia fejlődését, különösen a víz alatti botokban.

az ördögi Ironclad bogár exoskeletonja elpusztíthatatlan

az ördögi ironclad bogár teljesen megfelel a nevének. Míg a legtöbb bogár csak néhány hétig él, ezek a bogarak élettartama körülbelül nyolc év, ami nagyjából megegyezik egy több ezer éves élő emberrel. Ahhoz, hogy egy ilyen bravúr, már kialakult néhány figyelemre méltó Páncél.

A nagyjából ujjnyi hosszú rovar képes túlélni, hogy elgázolta egy autó—ha nem hiszed, Kaliforniai Egyetem, Irvine-mérnök David Kisailus a csapat halmoztak egy Toyota Camry futott át kétszer is, de élt., Több technikai kísérlet után a csapat megállapította, hogy a bogár képes ellenállni a hatalmas nyomásnak—akár 39 000-szerese a saját testtömegének.

számos tényező járul hozzá a bogár szilárdságához. A bogár exoskeletonja lapos, nem lekerekített, mint például egy katicabogár. Az exoskeletonon belül fehérjeben gazdag rétegek vannak, amelyek külön-külön eltolódhatnak anélkül, hogy az egész héj megtörne. A héj két fele össze van kötve, mint egy puzzle-darab. A rétegek a puzzle-szerű görbéket követik, megerősítve az ízület legvékonyabb részét—a nyakszerű darabot, ahol a két fél össze van kötve.,

tanulmányukban a kutatók azt sugallják, hogy egy bogár ihlette reteszelő rögzítő helyettesítheti a hasonló alakú, de réteg nélküli ízületeket, amelyeket a repülőgép-turbinák rögzítésére használnak. A csapat létrehozott egy 3D nyomtatott modellt, amely “laminálással” vagy rétegekkel van ellátva. Azt jósolják, hogy ez a megállapítás “azonnali előnyt jelenthet a légi közlekedési kötőelemekkel szemben, ami fokozott szilárdságot és jelentősen megnövelt szívósságot biztosít.”De valójában ez a kialakítás bármikor felhasználható két különböző anyag—például fém és műanyag-összekapcsolására, például hidakban, épületekben és járművekben is.,

tizenhat mélytengeri halfaj Ultrafekete pigmentációját magyarázza

amikor a Nemzeti Természettudományi Múzeum tengerbiológus Karen Osborn és csapata véletlenül felhúzott egy mély óceáni fangtooth halat a rákok hálójában, megpróbálták lefényképezni., De próbáld meg, ahogy lehet, a jet-fekete hal részleteit nem lehetett elfogni. A hal szó szerint nem fotogén volt, később megtudták, mert a szövete a fény 99, 5% – át elnyelte a kamera vakujából.

a fangtooth, valamint a tanulmányban szereplő 15 másik faj, a sport ultra-fekete pigmentáció, amely lehetővé teszi számukra, hogy beleolvadjanak a mély óceán sötét környezetébe. Bár a fény nem éri el az óceán ezen részét, néhány hal biolumineszcens. Az alattomos ragadozók számára a sötét mélységbe való álcázás—vagy még jobban elnyeli a fényt—a természet legjobb láthatatlansági köpenye.,

rengeteg állat a szárazföldön és a tengeren nagyon fekete színű, de az ember alkotta szín a fény körülbelül 10 százalékát tükrözi, a többi fekete hal pedig a fény 2 százalékát tükrözi. Az ultra-fekete küszöb átlépéséhez ez a 16 fajnak csak tükröznie kellett .Az összes fény 5 százaléka ragyog. Ezek a fajok ezt a teljesítményt sűrűn csomagolt, óriás méretű, kapszula alakú melanoszómákkal vagy sötét pigmentet tartalmazó sejtekkel érték el. Más fekete, de nem ultrafekete állatokban a melanoszómák lazán szétterülnek, kisebbek és kerekebbek.,

az ultrafekete halak melanoszómáinak alakját, szerkezetét és diszperzióját utánozva a tudósok mesterséges ultrafekete pigmentet hozhatnak létre. Ez a pigment felhasználható a teleszkópok belsejének bevonására, hogy jobb képet kapjon az éjszakai égboltról, vagy javítsa a napelemek fényelnyelését. Még a haditengerészeti kutatókat is érdekelheti-mondta Osborn júliusban Smithsonian-nak. “Ha olyan páncélt készítenél, amelyen kívül melanin volt, akkor nagyszerű lennél az éjszakai műveletekhez” – mondja.,

amikor fáról fára szárnyal, a trópusi kígyók a stabilitás érdekében hullámzanak

mintha a szárazföldi kígyók és az úszókígyók nem lennének elegendőek, öt kígyófaj ” repül.”Hogy őszinte legyek, ez a repülés valóban inkább a magasan koordinált esés. Úgy néz ki, mint a hullámzó és oldalsó kanyargós csinálnak a szárazföldön, de a segítségével a gravitáció. Vagy ahogy Jake Socha, a Virginia Tech biomechanika kutatója elmondta A New York Timesnak,a kígyó repülés hasonlít egy “nagy, wiggly, szalag dolog.,”

a kígyók kerek törzsüket lapított, háromszög alakúra lapítják, hogy több levegőt érjenek el, és az egyik fáról a másikra, néha több tucat lábra csússzanak. De az egész oldalirányú, loopy kitörések, amelyeket a levegőben csinálnak, nem voltak annyira értelmesek a tudósok számára. Addig, amíg Socha és csapata ki nem bérelte a Virginia Tech négyemeletes fekete doboz arénáját, a The Cube-t. Ebben hét repülő kígyót szereltek fel fényvisszaverő szalaggal, és több mint 150-szer rögzítették ugrásaikat nagy sebességű kamerákon. (Ne aggódj., A csapatnak át kellett adnia a biztonsági protokollt, az arénát pedig habpadlóval és műfákkal szerelték fel.)

Snake flight happens really fast, so the reflective tape allowed the team to recreate the flight using 3-D computer modeling. A csapat megállapította,hogy a kígyók függőlegesen kétszer olyan gyakran, mint vízszintesen, a farkukat felfelé és lefelé mozgatva. Virginia Tech gépészmérnök Isaac Yeaton mondta a Times, ” más állatok hullámzó meghajtására. Megmutatjuk, hogy a repülő kígyók hullámosak a stabilitás érdekében.,”

a csapat reméli, hogy eredményeik felhasználhatók valamilyen repülő kígyó kereső-mentő robot létrehozására. Yeaton szerint a kígyó által inspirált robotok előnye a stabil mozgás, valamint a szűk helyeken való átsurranás képessége, amely miatt a tipikus botod eleshet vagy eleshet. Talán egy nap olyan botot készít, amely utánozza a kígyó összes csavarását, hajlítását, forgását és mozgatását egyetlen robotba.,

“kombinálva őket, lehet egy olyan platformja, amely összetett környezeteken mozoghat: a robot fel tud emelkedni egy fára vagy épületre, gyorsan siklik egy másik területre, majd csúszik vagy úszni valahol máshol” – mondja Yeaton a Smithsonian magazinnak e-mailben. “Ennek mérnöki kihívásai vannak, de engem az inspirál, hogy mennyire képesek az igazi repülő kígyók, valamint a bioinspired design legújabb fejleményei.,”

Kis, Ebihal-Mint a Tengeri Lények, Hogy a Nyálkás, Felfújható Szűrési Rendszerek

az Óriás lárvák ebihalak alakúak, csak kissé nagyobbak; testük legfeljebb négy hüvelyk hosszú., Ezek az apró lények szabadon élnek több száz méterrel a tenger felszíne alatt, ahol az élelmiszerforrások szűkösek.

idén a kutatók használt lézer szkennelés eszközök bemutatásával a komplex “takony paloták” a lények építeni, mint a tanulmány szerző biomérnök Kakani Katija a Monterey Bay Akvárium-Kutató Intézet szerint a struktúrák. Ezek az apró kar nélküli, lábatlan lények használja a saját váladék építeni bonyolult felhők takony teljes chambers, bordás fal, alagutak, termek, valamint ejtőernyő.,

hasonlóan a pókokhoz és hálóikhoz, a larvaceusok ezeket a nyálkás szerkezeteket használják, hogy apró, ritka élelmiszerrészecskéket rögzítsenek. Kis testük a “ház” közepén ül, miközben kis farkukat lengetik, hogy vizet pumpáljanak a csatornák labirintusán keresztül a szájukba-majdnem olyan, mint egy bonyolult vízvezeték-rendszer. A felhő megduplázza, mint egy láthatatlanná köpeny eltitkolja a lény mozgását a sötét mélységben, ahol minden hamis lépés egy halálos ítélet.

Katija reméli, hogy inspirációt merít ezekből a fickókból, hogy egy nap hozzon létre egy biomimetikus felfújható szűrőrendszert., Tekintettel arra, hogy ezek az állatok kiszűrhetik a vírusoknál kisebb részecskéket, talán orvosi minőségű vagy HEPA szűrőket lehetne javítani egy ilyen eszközzel.

“még mindig a projekt felfedezési fázisában vagyunk, és remélem, hogy más kutatók is felveszik a fáklyát” – mondja Katija a Smithsonian magazinnak e-mailben.

egy Vascsomagolt fehérje kulcsfontosságú a Csőféreg izzó kék Goo

a biolumineszcens critters villanásai, mint a szentjánosbogarak, általában kevesebb, mint egy másodperctől legfeljebb 10 másodpercig tartanak. De nem a tengeri pergamen csőféreg—ezek az óceáni úszók fényes kék goót termelnek, amely 16-72 órán keresztül bárhol izzad. Mivel az iszap folyamatosan ragyog a féreg testén kívül, nem pazarolja a szervezet energiáját, ami nagyszerű a féreg túléléséhez, de felteszi a kérdést: hogyan csillog ilyen sokáig?,

University of California, San Diego kutatói Evelien de Meulenaere, Christina Puzzanghera és Dimitri D. Deheyn megvizsgálták a féreg nyálkájának bonyolult kémiáját, és megállapították, hogy tartalmaz egy ferritin nevű vastömített fehérjét, amely ionokat vagy elektromosan töltött atomokat bocsát ki. A ferritin ezen formája reagál a kék fénnyel, több iontermelést vált ki, ami viszont a fényt visszacsatoló hurokban ragyogja.

a csapat reméli, hogy megismétli a csőféreg egyedülálló fotoproteinjét—vagy a biolumineszcenciához kapcsolódó fehérjét -, hogy megvilágítsa a rákos sejteket a műtét során., Egy egyszerűbb megjegyzés, Deheyn azt is mondja, hogy lehetne fejleszteni egy szintetikus biológiai akkumulátor fajta, hogy fel lehetne használni a vészhelyzetekben, amikor a villamos energia ki van kapcsolva. Összehasonlítja az ötletet a sötétben világító matricákkal.

“Az izzó matricák folyamatosan ragyognak, mert nappal felhalmozódnak a napfény, és éjszaka elengedik” – mondja Smithsonian. “Most képzelje el, hogy nincs szüksége napfényre, csak vasat kell hozzáadnia. Az ilyen típusú alkalmazások hordozható biológiai lámpákként használhatók sürgősségi használatra., Például, talán szüksége van fényre a leszállópadra helikopterekhez vagy repülőgépekhez áramkimaradás esetén.”

“5cc3211d90”>

a Bumblebees jó hírnévvel rendelkezik az ügyetlenségről, de talán ez egy kicsit téves megítélés a nevünkben. Egy nyári napon Sridhar Ravi, a canberrai Új-Dél-Wales Egyetem mérnöke figyelte, ahogy a méhek könnyedén navigálnak az ágak és a cserjék körül. Megdöbbent, hogy egy meglehetősen kicsi agyú szervezet képes leküzdeni ezeket a kihívásokat.,

ahhoz, hogy a méheket teszteljék, Ravi és csapata összekötött egy alagutat egy méhkassal a laborjukban. Az alagútban egy keskeny rést helyeztek el akadályként, és idővel egyre kisebbek lettek. Amikor a rés kisebb volt, mint a méhek szárnyfesztávolsága, megálltak, hogy átvizsgálják a nyílást, majd oldalra fordultak, hogy átjuthassanak a résen anélkül, hogy károsítanák szárnyaikat. Ennek a kis teljesítménynek a megvalósítása bizonyos tudatosságot igényel arról, hogy a test milyen nagy, különböző szögekből áll, olyan alkalmasság, amelyet a rovarokról általában nem gondolnak.,

de ha a kis agyú méhek képesek kezelni, Ravi szerint a robotoknak nincs szükségük nagy bonyolult processzorokra, hogy jobban navigáljanak a környezetükben. “A komplex észleléseknek nincs szükségük kifinomult, nagy agyra, és kis méretű skálákon sokkal kevesebb neuronnal érhető el” – mondja Smithsonian. Ez az ötlet izgalmas, ha a kevésbé ügyetlen robotok fejlesztésére gondolunk. Remélhetőleg a kutatók eredményeiket felhasználhatják a robot repülési vagy úszási képességek javítására.,

“a pusztán érzékelés érzékelése, hogy képes legyen érzékelni, korszakot jelent a robotika területén” – mondja Ravi.

A levélvágó hangya Testpáncélja Extra ásványi alapú védőbevonattal rendelkezik

amikor Hongjie Li evolúciós biológus rájött, hogy a tanulmányozott levélvágó hangyáknak vékony réteg ásványi testpáncélja van, azt mondta kollégájának: “sziklahangyákat találtam.”

A hangya exoskeletonjának további tanulmányozásához a bevonatot el kell távolítani, de hogyan? Li volt egy Vízkereszt, miközben fogmosás, mondja Science News. A szájvíz sok szemetet távolít el a fogainkból anélkül, hogy károsítaná az arcunkat, az ínyünket és a nyelvünket. Az ő megérzése volt a trükk, szájvíz oldott ásványi bevonat károsítása nélkül az exoskeleton., A hagyományosabb laboratóriumi kísérletekkel a csapat meghatározta, hogy az ásványi bevonat magas magnéziumkoncentrációjú kalcitból készül. A tengeri sünöknél úgy gondolják, hogy a kalcit és a magnézium keveréke miatt fogának kicsi “kőcsúcsa” képes a mészkő őrlésére.

“az Integráció, a magnézium, a kalcit lehet különösen hasznos, bármilyen nanotechnológia, amely magában foglalja a kalcit, mint a műanyag, ragasztók, építési habarcs, illetve fogászat,” magyarázza tanulmány szerzői Cameron Currie, valamint Pupa Gilbert egy e-mailt a Smithsonian magazin.,

továbbá az ásványi bevonat nem olyan, amellyel a hangyák születnek, hanem valami, amit egy pillanat alatt fejleszthetnek, amikor szükségük van rá, magyarázza Currie.

“hihetetlen, hogy hangyáink képesek nagymértékben javítani ezen a vetületen azáltal, hogy gyorsan vékony, könnyű nanokristályos bevonatot képeznek” – mondja. “Ez kiemeli az ilyen nanoanyag bevonat lehetséges alkalmazását a testpáncél javítása érdekében.,”

néhány Lepkének van egy akusztikus köpenye, amely tompítja a denevér Szonárját

ahhoz, Hogy egy lepke kétségbeesetten elől egy ragadozó, amely hang, hogy “látni”, nem könnyű mutatvány, de ezek a szárnyas rovarok fejlődtek lenyűgöző funkciók megvédeni magukat a denevérek.,

a hanglágyító szőrzet mellett két fül nélküli lepke faj szárnyain villás alakú mérlegek vannak, amelyek segítenek a denevér szonár felszívásában, a kutatók az év elején találtak. Az egyes lepkék szárnyait ezen apró pikkelyek tízezrei borítják, amelyek mindegyike kevesebb, mint milliméter hosszú,mindössze néhány száz mikrométer vastag. Mindegyik skála a szárny hangját torzítja, lelassítja akusztikus energiáját, viszont kevesebb hangot tükröz vissza a denevérekhez., Úgy tűnik, hogy a mérlegek más frekvencián rezonálnak, és összességében “legalább három oktávot képesek elnyelni” – jelentette Anthony King A Chemistry World számára.

“Ezek az erősen strukturált egy nanometre skála erősen perforált hullámosított alsó, felső rétegek kapcsolódnak egymáshoz, a hálózatba perc pillérek,” tanulmány szerzője Marc Holderied, a University of Bristol azt mondja, Kémia Világ.

Holderied becslések moly ihlette hangszigetelő technikák teheti anyagok ” 10-szer hatékonyabb elnyelő hangok.,”Ahelyett, hogy terjedelmes paneleket telepítene otthonokba és irodákba, a hangelnyelő tapétát méretarányos nanostruktúrákkal látja el.

Holderied azt is látta, hogy ez a megállapítás szélesebb iparági szintű alkalmazásokkal is rendelkezik. “Valóban nagyon izgatottak vagyunk ennek az anyagnak a széles alkalmazási kilátásai” – mondja Smithsonian. “Bármely olyan terület, ahol az építészettől a gép-és közlekedési akusztikáig, ahol a csökkentett lábnyomú hangelnyelés előnyös, a vékonyabb moly ihlette megoldásokból profitálna.”