Mange nye oppfinnelser og teknologier henter inspirasjon fra naturen. Praksisen med modellering kunstige produkter etter biologiske prosesser kalles biomimicry eller biomimetics. Janine Benyus, co-grunnlegger av den Biomimicry Institute, populariserte begrepet i hennes 1997 bok, Biomimicry. «Biomimicry,» skrev hun, «er i utgangspunktet å ta en design challenge og deretter finne et økosystem som allerede er løst denne utfordringen, og bokstavelig talt prøver å etterligne hva du lærer.,»
Som forskere å studere den naturlige verden avsløre sine funn, oppfinnere og ingeniører er en tegning fra disse nye åpenbaringer og bruk av naturens løsninger til ny teknologi. Om de problemene forskerne er på jakt etter å løse innebære å bygge bedre roboter, sporing kreftceller mer effektivt eller bedre teleskoper for å studere verdensrommet, en nyttig løsning kan bli funnet i levende ting.
Her er ti funn fra 2020 som en dag vil kunne føre til nye oppfinnelser.,
Suckerfish Surfe på Ryggen av Andre sjødyr
Remoras er havets haikerens., Også kjent som suckerfish, whalesuckers eller sharksuckers, en-til-tre-fots lange svømmere forankre seg til blå hval eller zebra haier med en sugekopp-som-plate som «sitter på hodet som en flat, klebrig lue,» ifølge New York Times. Men disse suckerfish er ikke bare mooching en gratis tur. Dette året, har forskere funnet at fisk kan faktisk «surfe» langs deres sjåfør er tilbake mens paret er i transitt., Den remoras glir langs vert kropp, clustering nærheten av whale ‘ s blowhole og ryggfinne hvor det er minimal luftmotstand, mens nibbling på død hud og parasitter.
Forskere Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen og deres team fant at remora ‘ s choice plassering er nøkkelen til å henge seg på. Området mellom blowhole og ryggfinne, spesielt på blå hval, har «mye lavere hastighet væske» enn om det var «bare et par centimeter høyere» på whale ‘ s body, Flammang forteller Ganger.
fiskens «suger plate» er egentlig ikke stikker opp mot whale ‘ s hud heller., I stedet er det svever like over, skape et lavtrykk sone som suger fisken nær hval og hindrer den fra å fly av gårde i avgrunnen—det meste av tiden.
Flammang, en biolog ved New Jersey Institute of Technology, har allerede fått til å fungere på en kunstig inntaks-disk inspirert av remora som hun håper vil bli brukt til å koble kameraene og sporing enheter til truede marine dyr, som blå hval. I dag, forskere bruker vanlig sugekopper til å feste kamera til deres forskning fag, men de bare beholde sitt grep fra 24 til 48 timer., Flammang nye enheten vil holde på i uker og redusere luftmotstanden. Hun og hennes team er for tiden testing platen på en kompatibel overflater, så vel som å designe et remora-formet deksel for kameraet. Til slutt, de vil feltet teste enheten på levende dyr, inkludert hvaler, delfiner, haier og djevelrokker.
«Bioinspired fremskritt i vedlegg utviklet av Dr. Flammang s lab vil revolusjonere hvordan vi er i stand til å få kodene på dyr med større suksess og effekt,» Goldbogen, en marinbiolog ved Stanford University, skriver til Smithsonian magazine., «Kanskje fremtiden koder kan ikke bare fest, men også surfe og krype akkurat som remoras til et ideelt sted for bestemte fysiologiske prøvetaking.»
Fisk-Finnene Er så Sensitivt som Fingertuppene
Fisk-finnene er ikke bare for styring og bading, University of Chicago hjerneforsker Adam Hardy og hans lab funnet dette året. Faktisk, forskere oppdaget at finnene er så sensitivt som primat fingertuppene. Å nå denne konklusjonen, forskere studert runde gobi, en type bunnen bolig fisk som er innfødt til steder som svartehavet og det Kaspiske Hav, men fremmede populasjoner bo hvor som helst fra Europeiske elver til de Store Sjøene., Disse små dyrene er kjent for å «abbor» på steiner, pusse finnene langs rock bed av innsjøer.
for Å finne ut hvor følsom gobi’ finnene var, laget injisert euthanized fisk med en saltoppløsning som holdt nervene fungerer som normalt under sitt eksperiment. De har da brukt en spesiell enhet for å spille inn mønstre av elektriske impulser nerver som produseres når fisken er finnene børstet opp mot et stivt hjul., Dette tiltaket viste laget at finnene » var å oppfatte «virkelig fine detaljer,» studie medforfatter Melina Hale, også en hjerneforsker ved Universitetet i Chicago, fortalte Science News.
forskerne håper dette funnet kan inspirere fremskritt i robot sensorisk teknologi, spesielt i vann roboter.
Djevelsk Sterk Bille er Hudskjelett Er Uforgjengelig
Den djevelsk sterk bille absolutt lever opp til navnet sitt. Mens de fleste bugs leve bare noen få uker, og disse billene har en levetid på om lag åtte år, som er omtrent tilsvarende av et menneske som lever flere tusen år. For å oppnå en slik prestasjon, de har utviklet seg noen bemerkelsesverdige rustning.
omtrent tommers lang insekter kan overleve å bli kjørt over av en bil—og hvis du ikke tror det, University of California, Irvine, ingeniør David Kisailus og hans team stablet i en Toyota Camry, og kjørte over to ganger, og det bodde., Etter flere tekniske eksperimenter, team fant billen kan tåle et enormt press—opp til 39,000 ganger sin egen kroppsvekt.
Flere faktorer som bidrar til billen er stabilitet. Billen er hudskjelett er flatt, ikke avrundet, som en marihøne, for eksempel. I hudskjelett er protein-rik lag, som kan forskyve seg uten hele shell bryte. De to halvdelene av skallet er slått sammen som et puslespill brikke. Lagene følger puslespill-lignende kurver, forsterker den tynneste delen av joint—halsen-som bit der de to halvdelene er forriglet.,
I sine papir, forskerne foreslår en bille-inspirert interlocking festet kunne kanskje sett på samme måte-formet, men lag-mindre, ledd skal brukes for å sikre flyet turbiner. Teamet skapt en 3-D skrevet modell komplett med «laminering», eller lag. De spår dette funnet kunne introdusere «umiddelbar nytte over luftfart festene, som gir forbedret styrke og betydelig økt seighet.»Men egentlig, dette design kan brukes når som helst to forskjellige materialer—som metall og plast—må forenes, for eksempel i broer, bygninger og kjøretøyer, også.,
Ultra-Sort Pigmentering av Seksten Arter av Deep-Sea Fisk Er Forklart
Når National Museum of Natural History marinbiolog Karen Osborn og hennes team ved et uhell trukket opp en deep ocean fangtooth fisk i sine netto av krabber, de prøvde å ta et bilde., Men prøv som de kunne, detaljer av jet-svart fisk ikke kunne bli tatt. Fisken var bokstavelig talt unphotogenic, de senere lært, fordi dens vev ble absorberende 99.5 prosent av lys fra et kamera med blits.
fangtooth, og 15 andre arter inkludert i studien, sport ultra-svart pigment som gir dem mulighet til å blande seg i det stummende mørkt i det dype havet. Selv om lyset ikke kan nå denne delen av havet, noen fisk er bioluminescent. For sleipe rovdyr, kamuflere inn i den mørke avgrunnen—eller enda bedre absorberer lys—er naturens beste usynlighet kappe.,
Massevis av dyr på land og sjø har veldig svart farge, men menneskeskapte farge reflekterer rundt 10 prosent av lys og de fleste andre svart fisk reflektere 2 prosent av lys. Å krysse den ultra-svart terskel, disse 16 arter måtte bare reflektere .5 prosent av alle lys skinner for seg. Disse artene oppnådde denne bragden med tett pakket, jumbo størrelse, kapsel-formet melanosomes, eller cellene som inneholder mørk pigment. I andre svarte, men ikke ultra-svart, dyr, melanosomes er løst spredt, mindre og rundere i formen.,
Ved å imitere form, struktur og spredning av ultra-svart fisk er melanosomes, materialer forskere kan være i stand til å skape kunstige ultra-svart pigment. Dette pigment kan brukes til å belegge innsiden av teleskoper for å få en bedre oversikt over nattehimmelen eller forbedre lys absorpsjon av solenergi paneler. Det kan også interesse Naval forskere, Osborn fortalte Smithsonian i juli. «Hvis du skulle lage, la oss si, rustning som hadde melanin på utsiden, du ville være flott for natten ops,» sier hun.,
Når Soaring Fra tre til Tre, Tropisk Slanger Undulate for Stabilitet
Som om bakken slanger og bading slanger er ikke nok, fem arter av slanger «fly.»For å være rettferdig, denne flyturen er egentlig mer som svært koordinert falle. Det ser liksom lik wriggling og side-svingete de gjør på land, men med hjelp av tyngdekraften. Eller som Virginia Tech biomekanikk forsker Jake Socha fortalt the New York Times, slange flight ligner en «stor, wiggly, bånd ting.,»
slanger flate deres rundt overkroppen i en flat, trekantet form for å fange mer luft og glir fra ett tre til et annet, noen ganger flere titalls meter unna. Men hele side-til-side, loopy lunges de gjør i luften ikke gjøre så mye mening for forskere. Det er til Socha og hans team leies ut Virginia Tech ‘ s fire-etasjers black box arena kalt Kuben. I det, har de kombinert syv flygende slanger i reflekterende tape og spilt inn sine sprang på høy hastighet kameraer for mer enn 150 ganger. (Ikke bekymre deg., Laget hadde å passere slange sikkerhet-protokollen, og arenaen var utstyrt med skum etasjer og falske trær.)
Slange flight skjer veldig fort, så det reflekterende tape tillatt laget for å gjenskape fly ved hjelp av 3-D computer modellering. Teamet fant at slanger undulated vertikalt dobbelt så ofte som de gjorde horisontalt, flytte halen opp og ned så vel. Virginia Tech mekanisk ingeniør Isak Yeaton fortalte Times, «Andre dyr undulate for fremdrift. Vi viser at flygende slanger undulate for stabilitet.,»
laget håp om sine funn kan brukes til å lage en slags flygende slange søk-og rednings-robot. Yeaton sier nytte av slange-inspirert roboter er deres stabil bevegelse og evnen til å snike seg gjennom trange områder som kan føre til at typiske bot til tur eller falle. Han fikk sitt mål om å kanskje en dag for å lage en bot som kan etterligne alle snake vendinger, bøyer, swerves og wiggles i én robot.,
«ved å Kombinere dem sammen, kan det hende du har en plattform som kan bevege seg gjennom komplekse miljøer: roboten kan stige et tre eller en bygning, raskt glir over til et annet område, og så skli eller svømme et annet sted,» Yeaton forteller Smithsonian magazine via e-post. «Det er tekniske utfordringene med å gjøre dette, men jeg er inspirert av hvordan stand den virkelige flygende slanger er og nylige fremskritt i bioinspired design.,»
Små Rumpetroll-Som sjødyr Gjøre Slimete Oppblåsbare Filtrering Systemer
Gigantiske larvaceans er formet som tadpoles, bare litt større, deres kropper måle opp til fire inches i lengde., Disse små skapningene lever fritt hundrevis av meter under havoverflaten, der mat kilder er knappe.
Dette året, forskere brukte laser skanning verktøy for å avsløre den komplekse «snørr palasser» skapninger bygge, så studie forfatteren og bioengineer Kakani Katija av Monterey Bay Aquarium Research Institute kaller strukturer. Disse små armless, legless skapninger bruke sine egne sekreter å konstruer skyer av snørr komplett med kamre, ribbet vegger, tunneler, haller og kasterne.,
Mye som edderkopper og deres duk, larvaceans bruke disse mucousy strukturer for å fange små, spredte mat partikler som flyter forbi. Deres lille kroppen sitter i midten av «huset», mens de wag deres lille halen til å pumpe vann gjennom labyrinten av kanaler og inn i munnen—nesten som en forseggjort vvs-system slags. Skyen dobler som en usynlig kappe ved skjuler critter er bevegelse i det mørke dypet der alle false move er en dødsdom.
Katija håp om å trekke inspirasjon fra disse gnagerne til en dag å lage en biomimetic oppblåsbare filtreringssystem., Gitt at disse dyrene kan filtrere ut partikler som er mindre enn virus, kanskje medisinsk-grade eller HEPA-filtre kan være forbedret med en slik enhet.
«Vi er fortsatt i discovery faser av dette prosjektet, og jeg håper andre forskere vil plukke opp fakkelen,» Katija forteller Smithsonian magazine via e-post.
En Jern-Pakket Protein Er Nøkkelen til et Rør Ormen er Glødende Blå Goo
Det blinker av bioluminescent gnagerne, som fireflies, vanligvis vare fra mindre enn et sekund på de fleste 10 sekunder. Men ikke den marine pergament rør orm—disse ocean svømmere gir en lys blå goo som holder aglow for alt fra 16 til 72 timer. Fordi slim holder skinner utenfor ormen kropp, er det ikke avfall organismens energi, som er flott for ormen er overlevelse, men stiller spørsmålet: Hvordan føles det å holde glitrende for så lang tid?,
University of California, San Diego forskere Evelien De Meulenaere, Christina Puzzanghera og Dimitri D. Deheyn undersøkt komplisert kjemi av ormen er slim og fant ut at det inneholder en jern-pakket protein som kalles ferritin, som avgir ioner, eller elektrisk ladde atomer. Denne formen for ferritin reagerer med blått lys, og utløser mer ion-produksjon, som i sin tur holder lys glødende i en feedback loop.
laget håper å gjenskape rør ormen unike photoprotein—eller et protein som er knyttet til bioluminescence—å belyse kreft celler under operasjonen., På en enklere merk, Deheyn sier også at de kunne utvikle en syntetisk biologiske batteriet slags som kan brukes i akutte situasjoner når strøm er ute. Han sammenligner ideen til glød-i-det-mørk klistremerker.
«Glødende klistremerker holde glødende fordi de akkumulerte sollys fra den dagen, og slipp den natten,» sier han til Smithsonian. «Forestill deg nå at du ikke trenger sollys, ville du bare trenger å legge til jern. Disse typer programmer kan brukes som en bærbar biologiske lys for bruk i en nødsituasjon., For eksempel, kanskje du trenger lys på en landingsplassen for helikopter eller fly i et strømbrudd.»
Humler Kan Vite Hvor Store De Er
Humler har rykte på seg for klossethet, men kanskje det er litt av en misjudgment på våre vegne. En sommerdag, ingeniør abonner via rss-Ravi av University of New South Wales i Canberra var å se bier navigere rundt grener og busker med letthet. Han ble sjokkert over at en organisme med en ganske liten hjerne er i stand til å overvinne disse utfordringene.,
for Å sette bier til test, Ravi og hans team koblet til en tunnel til en bikube i sin lab. De plasserte en smal spalte inne i tunnelen som en hindring, og gjorde det mindre og mindre over tid. Da avstanden var mindre enn bier’ wingspans, de stoppet for å skanne åpning og snudde seg sidelengs for å komme gjennom åpningen uten å skade sine vinger. Å oppnå selv denne lille prestasjon krever noen bevissthet om hvor stor ens kropp er fra forskjellige vinkler, en evne som insekter ikke er generelt antatt å ha.,
Men hvis små-brained bier kan håndtere det, Ravi sier roboter trenger kanskje ikke store, kompliserte prosessorer til å bli bedre på å navigere i omgivelsene. «Komplekse oppfatninger trenger ikke sofistikert, store hjerner og kan bli oppnådd i liten størrelse skalaer med mye færre nevroner,» sier han til Smithsonian. Denne ideen er spennende å vurdere når du tenker på å utvikle mindre klønete roboter. Forhåpentligvis, forskere kan bruke resultatene til å forbedre robot fly eller svømme evner.,
«Den eksamen fra bare føler for å være i stand til å oppfatte vil være merket en dato i feltet for robotics,» Ravi sier.
En Blad-Cutter Ant Kroppen Rustning Har en Ekstra Mineral-Basert Beskyttende Belegg
Når evolusjonær biolog Hongjie Li realisert blad-cutter maur han studerte hadde et tynt lag av mineral kroppen rustning, fortalte han sin kollega: «jeg fant rock maur.»
for Å studere ant er hudskjelett videre, belegg må være fjernet, men hvordan? Li hadde en åpenbaring mens du pusser tennene, forteller han Vitenskap Nyheter. Munnvann fjerner mye av søppel fra våre tenner uten å skade våre kinn, tannkjøtt og tunge. Hans anelse gjorde susen, og munnvann oppløst mineral belegg uten å skade hudskjelett., Gjennom mer tradisjonelle lab-eksperimenter, team bestemt mineral belegg er laget av kalsitt med en høy konsentrasjon av magnesium. I sea urchins, denne blandingen av kalsitt og magnesium er tenkt til å gjøre det lille «stein tips» i sin tann i stand til sliping gjennom kalkstein.
«Integrering av magnesium i kalsitt kan være spesielt gunstig for alle nanoteknologi som innebærer bruk av kalsitt, for eksempel i plast, lim, bygging mørtel og odontologi,» forklarer studien forfatterne Cameron Currie og Puppe Gilbert i en e-post til Smithsonian magazine.,
Videre, mineral-belegg er ikke noe maur er født med, men noe de kan utvikle seg i en smekk når de trenger det, Currie forklarer.
«Det er utrolig at våre maur er i stand til å massivt bedre på denne projeksjonen av raskt og danner en tynn og lett nanocrystal belegg, sier han. «Dette fremhever den potensielle bruk av nanomaterial belegg som dette for å forbedre kroppen rustning.,»
Noen Møll Har et Akustisk Kappe Som Demper Bat Ekkolodd
Å være en møll desperat å skjule fra en predator som bruker lyd til å «se» er ingen enkel prestasjon, men noen av disse bevingede insekter har utviklet seg imponerende funksjoner for å skjerme seg selv fra flaggermus.,
I tillegg til lyd-myke pels, to earless møll arter har fork-formet skalaer på deres vinger som å absorbere bat ekkolodd, har forskere funnet tidligere i år. Enkelte møll er vingene er dekket av tusenvis av disse små skalaer, hver og en mindre enn en millimeter lang og bare et par hundre micrometers tykk. Hver skala fordreier lyden av vingen, bremse ned sin akustisk energi, og i sin tur, noe som gjenspeiler mindre lyd tilbake til flaggermus., Vekten ser ut til å resonere på en annen frekvens og som en helhet, de kan «absorbere minst tre oktaver av lyd,» sier Anthony King for Kjemi Verden.
«De er svært strukturert på en nanometer skala med sterkt perforert korrugerte topp og bunn lag som er knyttet sammen av et nettverk av liten søyler,» studie forfatter Marc Holderied av University of Bristol forteller Kjemi Verden.
Holderied estimater møll-inspirert lydisolering teknikker kunne gjøre materialet «10 ganger mer effektiv ved å absorbere lyd.,»Heller enn å installere store paneler i hjem og kontorer, han ser lydabsorberende bakgrunn belagt med skala-som nanostrukturer.
Holderied kan også se dette funnet har større industri-nivå applikasjoner som godt. «Vi er faktisk veldig begeistret av den brede program prospekter av dette materialet,» sier han til Smithsonian. «Alle felt fra arkitektoniske til maskin og transport akustikk, der lyd-opptaket med redusert fotavtrykk er til nytte, vil profittere fra tynnere møll-inspirerte løsninger.”