veel nieuwe uitvindingen en technologieën zijn geïnspireerd op de natuur. De praktijk van het modelleren van kunstmatige producten na biologische processen wordt biomimicry of biomimetica genoemd. Janine Benyus, medeoprichter van het Biomimicry Institute, populariseerde de term in haar boek uit 1997, Biomimicry. “Biomimicry, “schreef ze,” is in feite het nemen van een ontwerp uitdaging en dan het vinden van een ecosysteem dat al is opgelost die uitdaging, en letterlijk proberen te emuleren wat je leert.,”

terwijl wetenschappers die de natuurlijke wereld bestuderen hun bevindingen onthullen, putten uitvinders en ingenieurs uit deze nieuwe onthullingen en passen de oplossingen van de natuur toe op nieuwe technologie. Of het nu gaat om het bouwen van betere robots, het efficiënter volgen van kankercellen of het verbeteren van telescopen om de ruimte te bestuderen, een nuttige oplossing kan gevonden worden in levende dingen.

Hier zijn tien bevindingen uit 2020 die op een dag zouden kunnen leiden tot nieuwe uitvindingen.,

Suckerfish Surf op de rug van andere zeedieren

Remoras zijn lifters van de oceaan., Ook bekend als suckerfish, whalesuckers of sharksuckers, de een-tot-drie-meter lange zwemmers verankeren zich aan blauwe walvissen of zebrahaaien met een zuignap-achtige schijf die “zit op hun hoofd als een platte, plakkerige hoed,” volgens de New York Times. Maar deze suckerfish zijn niet zomaar een gratis ritje aan het maken. Dit jaar ontdekten onderzoekers dat de vissen daadwerkelijk kunnen “surfen” langs de rug van hun chauffeur terwijl het paar op doorreis is., De Remora ‘ s glijden langs het lichaam van hun gastheer, samen in de buurt van een walvis blaasgat en rugvin waar er minimale weerstand is—al die tijd knabbelen op dode huid en parasieten.onderzoekers Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen en hun teams vonden dat de locatie van de remora de sleutel is om te blijven hangen. Het gebied tussen het blaasgat en de rugvin, vooral bij blauwe vinvissen, heeft “veel lagere snelheid vloeistof” dan als het was “slechts een paar centimeter hoger” op het lichaam van de walvis, Flammang vertelt de tijden.

de “zuigschijf” van de vis steekt ook niet echt tegen de huid van de walvis., In plaats daarvan zweeft hij net boven, waardoor een lagedrukzone ontstaat die de vis dicht bij de walvis zuigt en voorkomt dat hij de afgrond in vliegt—meestal.

Flammang, een bioloog aan het New Jersey Institute of Technology, heeft al gewerkt aan een kunstmatige zuigschijf geïnspireerd door de remora, waarvan ze hoopt dat deze gebruikt zal worden om camera ‘ s en volgapparatuur te bevestigen aan bedreigde zeedieren, zoals blauwe vinvissen. Momenteel gebruiken onderzoekers gewone zuignappen om camera ‘ s aan hun proefpersonen vast te maken, maar die houden hun grip slechts 24 tot 48 uur vast., Flammang ‘ s nieuwe apparaat blijft weken aan en vermindert de weerstand. Zij en haar team testen momenteel de schijf op compatibele oppervlakken en ontwerpen een Remora-vormige behuizing voor de camera. Uiteindelijk testen ze het apparaat op levende dieren, waaronder walvissen, dolfijnen, haaien en manta ‘ s.”Bioinspired advances in attachment developed by Dr.Flammang’ s lab will revolutionize how we are able to get tags on animals with greater succes and efficacy”, schrijft Goldbogen, a marine biologist at Stanford University aan Smithsonian magazine., “Misschien kunnen toekomstige tags niet alleen vastmaken, maar ook surfen en kruipen net als remoras naar de ideale plek voor specifieke fysiologische bemonstering.”

Visvinnen zijn net zo gevoelig als vingertoppen

Visvinnen zijn niet alleen voor het besturen en zwemmen, neurowetenschapper Adam Hardy van de Universiteit van Chicago en zijn lab vonden dit jaar. De onderzoekers ontdekten dat vinnen net zo gevoelig zijn als de vingertoppen van primaten. Om tot deze conclusie te komen, bestudeerden de wetenschappers round grondels, een soort bodembewonende vis die inheems is in plaatsen als de Zwarte Zee en de Kaspische Zee, maar invasieve populaties leven overal van Europese rivieren tot de Grote Meren., Deze kleine beestjes staan erom bekend dat ze op rotsen “zitten” en hun vinnen langs de rotsbedding van meren borstelen.

om te bepalen hoe gevoelig de vinnen van de grondels waren, injecteerde het team euthanaseerde vissen met een zoutoplossing die hun zenuwen normaal hield tijdens hun experiment. Vervolgens gebruikten ze een speciaal apparaat om de patronen van elektrische impulsen op te nemen die de zenuwen produceren wanneer de vinnen van de vis tegen een geribbeld wiel aan borstelden., Deze maatregel toonde het team dat vinnen’ waren waarnemen “echt fijn detail,” studie coauteur Melina Hale, ook een neurowetenschapper aan de Universiteit van Chicago, vertelde Science News.

de onderzoekers hopen dat deze ontdekking kan inspireren tot vooruitgang in robottechnologie, vooral in onderwaterbots.

het exoskelet van de diabolische Ijzersterkever Is onverwoestbaar

de duivelse ijzersterkever doet zijn naam absoluut eer aan. Terwijl de meeste insecten slechts een paar weken leven, hebben deze kevers een levensduur van ongeveer acht jaar, wat ongeveer het equivalent is van een mens die enkele duizenden jaren leeft. Om zo ‘ n prestatie te bereiken, hebben ze een opmerkelijk harnas ontwikkeld.het ongeveer een centimeter lange insect kan overleven door overreden te worden door een auto—en als je dat niet kunt geloven, de Universiteit van Californië, Irvine ingenieur David Kisailus en zijn team stapelden zich op in een Toyota Camry en reden er twee keer één over, en het overleefde het., Na nog meer technische experimenten, ontdekte het team dat de kever enorme druk kan weerstaan-tot 39.000 keer zijn eigen lichaamsgewicht.

verschillende factoren dragen bij aan de stevigheid van de kever. Het exoskelet van de kever is plat, niet afgerond, zoals bijvoorbeeld een lieveheersbeestje. Binnen het exoskelet bevinden zich eiwitrijke lagen, die individueel kunnen verschuiven zonder dat de hele schil breekt. De twee helften van de schelp zijn samengevoegd als een puzzelstukje. De lagen volgen de puzzelachtige rondingen en versterken het dunste deel van het gewricht—het nekachtige deel waar de twee helften met elkaar verbonden zijn.,

in hun artikel suggereren de onderzoekers dat een door kever geïnspireerde, in elkaar grijpende sluiting misschien gelijkvormige, maar laagloze verbindingen kan vervangen die worden gebruikt om vliegtuigturbines te beveiligen. Het team creëerde een 3D geprint model compleet met “lamineren” of lagen. Ze voorspellen dat deze bevinding zou kunnen introduceren “onmiddellijk voordeel ten opzichte van luchtvaart bevestigingsmiddelen, het verstrekken van verbeterde sterkte en aanzienlijke verhoogde taaiheid.”Maar echt, dit ontwerp kan worden gebruikt wanneer twee verschillende materialen—zoals metaal en kunststof-moeten worden samengevoegd, zoals in bruggen, gebouwen en voertuigen, ook.,

de Ultra-zwarte pigmentatie van zestien soorten diepzeevissen wordt verklaard

toen National Museum of Natural History marien bioloog Karen Osborn en haar team per ongeluk een diepzeetandvis in hun net van krabben omhoog trokken, probeerden ze de foto te maken., Maar hoe ze het ook proberen, details van de jet-black fish konden niet worden gevangen. De vis was letterlijk onfotogeen, leerden ze later, omdat het weefsel 99,5 procent van het licht van de flitser van een camera absorbeerde.

De tandtand en 15 andere soorten die in de studie zijn opgenomen, hebben ultra-zwarte pigmentatie waardoor ze in de pikdonkere omgeving van de diepe oceaan kunnen opgaan. Hoewel licht dit deel van de oceaan niet kan bereiken, zijn sommige vissen bioluminescent. Voor stiekeme roofdieren is het camoufleren in de donkere afgrond—of beter nog het absorberen van licht—de beste onzichtbaarheidsmantel van de natuur.,veel dieren op het land en op zee hebben een zeer zwarte kleur, maar door de mens gemaakte kleur reflecteert ongeveer 10 procent van het licht en de meeste andere zwarte vissen reflecteren 2 procent van het licht. Om de ultra-zwarte drempel te overschrijden, moesten deze 16 soorten alleen maar reflecteren .5 procent van al het licht schijnt hun kant op. Deze soorten bereikten deze prestatie met dichtgepakte, jumbo-formaat, capsule-Vormige melanosomen, of cellen met donker pigment. Bij andere zwarte, maar niet ultra-zwarte dieren zijn melanosomen losjes verspreid, kleiner en ronder van vorm.,

door de vorm, structuur en verspreiding van de melanosomen van de ultra-zwarte vis na te bootsen, kunnen materiaalwetenschappers kunstmatig ultra-zwart pigment creëren. Dit pigment kan worden gebruikt om de binnenkant van telescopen te bedekken om een beter zicht op de nachtelijke hemel te krijgen of om de lichtabsorptie op zonnepanelen te verbeteren. Het kan zelfs Marine onderzoekers interesseren, Osborn vertelde Smithsonian in Juli. “Als je, laten we zeggen, een harnas zou maken dat melanine aan de buitenkant had, zou je geweldig zijn voor night ops,” zegt ze.,

als tropische slangen van boom tot boom zweven, golven ze voor stabiliteit

alsof grondslangen en zwemmende slangen niet genoeg zijn, vijf soorten slangen “vliegen”.”Om eerlijk te zijn, deze vlucht is echt meer als een sterk gecoördineerde val. Het lijkt een beetje op het kronkelen en kronkelen op het land, maar met behulp van de zwaartekracht. Of zoals Virginia Tech biomechanica onderzoeker Jake Socha vertelde aan de New York Times, slangenvlucht lijkt op een ” groot, kronkelend, lint ding.,”

de slangen leggen hun ronde torso plat tot een afgeplatte, driehoekige vorm om meer lucht te vangen en van de ene boom naar de andere te glijden, soms tientallen meters verderop. Maar de hele zij-aan-zij, luie lunges die ze in de lucht doen, hadden niet zoveel zin voor wetenschappers. Tot Socha en zijn team Virginia Tech ‘ s vier verdiepingen tellende black box arena genaamd The Cube verhuurde. Daarin hebben ze zeven vliegende slangen uitgerust met reflecterende tape en hun sprongen meer dan 150 keer opgenomen op hoge snelheidscamera ‘ s. (Maak je geen zorgen., Het team moest snake safety protocol passeren en de arena was uitgerust met schuimvloeren en nepbomen.)

Snake flight gebeurt erg snel, zodat de reflecterende tape het team in staat stelde om de vlucht opnieuw te maken met behulp van 3-D computer modellering. Het team ontdekte dat de slangen twee keer zo vaak verticaal golfden als ze horizontaal deden, en hun staart ook op en neer bewogen. Virginia Tech werktuigbouwkundige Isaac Yeaton vertelde The Times: “andere dieren golfen voor voortstuwing. We laten zien dat vliegende slangen golfen voor stabiliteit.,”

het team hoopt dat hun bevindingen kunnen worden gebruikt om een soort vliegende slang zoek-en-reddingsrobot te maken. Yeaton zegt dat het voordeel van slang-geïnspireerde robots is hun stabiele beweging en de mogelijkheid om te sluipen door krappe ruimtes die ervoor kunnen zorgen dat uw typische bot te struikelen of vallen. Hij heeft zijn zinnen gezet op misschien een dag het creëren van een bot die alle wendingen van de slang kan nabootsen, buigt, zwenkt en wiebelt in een enkele robot.,

” door ze samen te combineren, zou je een platform kunnen hebben dat door complexe omgevingen kan bewegen: de robot kan een boom of gebouw beklimmen, snel naar een ander gebied glijden en dan ergens anders glibberen of zwemmen”, vertelt Yeaton via e-mail aan Smithsonian magazine. “Er zijn technische uitdagingen om dit te doen, maar ik ben geïnspireerd door hoe capabel de echte vliegende slangen zijn en de recente vooruitgang in bio-geïnspireerd ontwerp.,”

kleine, kikkervisjes-achtige zeedieren maken slijmerige Opblaasbare filtratiesystemen

Grote larven hebben de vorm van kikkervisjes, maar iets groter; hun lichamen zijn tot vier centimeter lang., Deze kleine schepsels leven vrij honderden meters onder het zeeoppervlak, waar voedselbronnen schaars zijn.

dit jaar gebruikten onderzoekers laserscanners om de complexe “snot Paleizen” te onthullen die de wezens bouwen, zoals onderzoeksauteur en bio-ingenieur Kakani Katija van Monterey Bay Aquarium Research Institute de structuren noemt. Deze kleine armloze, beenloze wezens gebruiken hun eigen afscheidingen om uitgebreide wolken van snot te construeren, compleet met kamers, geribbelde muren, tunnels, hallen en parachutes.,net als spinnen en hun webben gebruiken larven deze slijmachtige structuren om kleine, schaarse voedseldeeltjes op te vangen die voorbij drijven. Hun kleine lichaam zit in het midden van het “huis”, terwijl ze hun kleine staart kwispelen om water te pompen door het labyrint van kanalen en in hun mond—bijna als een uitgebreid sanitair systeem van soorten. De wolk doet dienst als onzichtbaarheidsmantel door de beweging van het beest te verbergen in de donkere diepten waar elke verkeerde beweging een doodvonnis is.

Katija hoopt inspiratie uit deze beestjes te halen om op een dag een biomimetisch opblaasbaar filtersysteem te creëren., Aangezien deze dieren deeltjes kleiner dan virussen kunnen filteren, kunnen met een dergelijk apparaat misschien medische of HEPA-filters worden verbeterd.

” We zijn nog steeds in de ontdekkingsfase van dit project, en ik hoop dat andere onderzoekers de fakkel zullen oppakken, ” vertelt Katija Smithsonian magazine via e-mail.

een met ijzer verpakt eiwit is de sleutel tot de gloeiende blauwe Goo van een Buisworm

de flitsen van bioluminescente beestjes, zoals vuurvliegjes, duren meestal van minder dan een seconde tot maximaal 10 Seconden. Maar niet de marine perkament tube worm-deze oceaanzwemmers produceren een helderblauwe smurrie die 16 tot 72 uur lang gloeit. Omdat het slijm buiten het lichaam van de worm blijft schijnen, verspilt het niet de energie van het organisme, wat geweldig is voor het overleven van de worm, maar roept de vraag op: hoe blijft het zo lang glimmen?,onderzoekers Evelien de Meulenaere, Christina Puzzanghera en Dimitri D. Deheyn onderzochten de ingewikkelde chemie van het slijm van de worm en vonden dat het een ijzer-verpakt eiwit bevat, genaamd ferritine, dat ionen of elektrisch geladen atomen uitzendt. Deze vorm van ferritine reageert met het blauwe licht, triggering meer ionenproductie, die op zijn beurt houdt het licht gloeien in een terugkoppelingslus.

het team hoopt het unieke fotoproteïne van de buisworm—of een eiwit gekoppeld aan bioluminescentie—te repliceren om kankercellen tijdens de operatie te verlichten., Op een eenvoudiger noot, deheyn zegt ook dat ze een synthetische biologische batterij van soorten die kunnen worden gebruikt in noodsituaties wanneer de elektriciteit is uit te ontwikkelen. Hij vergelijkt het idee met glow-in-the-dark stickers.”Glowing stickers keep glowing because they accumulated sunlight from the day and release it night”, vertelt hij aan Smithsonian. “Stel je nu voor dat je geen zonlicht nodig hebt, je hoeft alleen maar ijzer toe te voegen. Dit soort toepassingen kunnen worden gebruikt als draagbare biologische lichten voor noodgebruik., Bijvoorbeeld, misschien heb je licht nodig op een landingspad voor helikopters of vliegtuigen in een stroomstoring.”

hommels weten misschien hoe groot ze zijn

hommels hebben een reputatie van onhandigheid, maar misschien is dat een beetje een verkeerd oordeel namens ons. Op een zomerdag keek ingenieur Sridhar Ravi van de Universiteit van New South Wales in Canberra naar bijen die met gemak door takken en struiken navigeerden. Hij was geschokt dat een organisme met een vrij klein brein in staat is om deze uitdagingen te overwinnen.,

om de bijen op de proef te stellen, sloten Ravi en zijn team een tunnel aan op een bijenkorf in hun lab. Ze plaatsten een smal gat in de tunnel als obstakel en maakten het kleiner en kleiner in de tijd. Toen de spleet kleiner was dan de spanwijdte van de bijen, pauzeerden ze om de opening te scannen en draaiden zijwaarts om door de spleet te komen zonder hun vleugels te beschadigen. Het bereiken van zelfs deze kleine prestatie vereist enige bewustwording van hoe groot iemands lichaam is vanuit verschillende hoeken, een aanleg die insecten over het algemeen niet wordt verondersteld te bezitten.,

maar als bijen met kleine hersenen het aankunnen, zegt Ravi dat robots geen grote ingewikkelde processors nodig hebben om beter te navigeren in hun omgeving. “Complexe waarnemingen hebben geen verfijnde, grote hersenen nodig en kunnen worden bereikt op kleine schaal met veel minder neuronen,” vertelt hij Smithsonian. Dit idee is spannend om te overwegen wanneer het denken over het ontwikkelen van minder onhandig robots. Hopelijk kunnen de onderzoekers hun bevindingen gebruiken om robotvlieg-of zwemvaardigheden te verbeteren.,

” de graduatie van alleen maar voelen om in staat te zijn om waar te nemen zal een tijdperk markeren op het gebied van robotica, ” Ravi zegt.

het pantser van een Bladsnijdermier heeft een extra minerale beschermende Coating

toen evolutionair bioloog Hongjie Li zich realiseerde dat de bladsnijdermieren die hij bestudeerde een dunne laag minerale kogelvrije vesten hadden, zei hij tegen zijn collega: “Ik vond rotsmieren.”

om het exoskelet van de mier verder te bestuderen, zou de coating verwijderd moeten worden, maar hoe? Li had een openbaring terwijl hij zijn tanden poetste, hij vertelt wetenschapsnieuws. Mondwater verwijdert veel rommel van onze tanden zonder onze wangen, tandvlees en tong te beschadigen. Zijn voorgevoel deed de truc, en mondwater loste de minerale coating op zonder het exoskelet te beschadigen., Door middel van meer traditionele lab experimenten, het team bepaald dat de minerale coating is gemaakt van calciet met een hoge concentratie magnesium. Bij zee-egels wordt gedacht dat dit mengsel van calciet en magnesium de kleine “stenen punt” van zijn tand in staat maakt om door kalksteen te malen.

“integratie van magnesium in calciet kan vooral nuttig zijn voor elke nanotechnologie waarbij calciet wordt gebruikt, zoals in plastics, kleefstoffen, bouwmortel en tandheelkunde,” legt studieauteurs Cameron Currie en Popa Gilbert uit in een e-mail aan Smithsonian magazine.,

bovendien is de minerale coating niet iets waarmee mieren geboren worden, maar iets wat ze in een handomdraai kunnen ontwikkelen als ze het nodig hebben, legt Currie uit.

“Het is ongelooflijk dat onze mieren in staat zijn om deze projectie enorm te verbeteren door snel een dunne en lichte nanokristal coating te vormen,” zegt hij. “Dit benadrukt de mogelijke toepassing van nanomaterial coating zoals deze om kogelvrije vesten te verbeteren.,”

sommige nachtvlinders hebben een akoestische mantel die Vleermuissonar dempt

een mot zijn die zich wanhopig verbergt voor een roofdier dat geluid gebruikt om te “zien” is geen gemakkelijke prestatie, maar sommige van deze gevleugelde insecten hebben indrukwekkende kenmerken ontwikkeld om zichzelf te beschermen tegen vleermuizen.,

naast de klankonthardende vacht hebben twee soorten oorloze motten vorkvormige schubben op hun vleugels die helpen bij het absorberen van vleermuissonar, zo ontdekten onderzoekers eerder dit jaar. De vleugels van individuele mot zijn bedekt met tienduizenden van deze kleine schubben, elk minder dan millimeter lang en slechts een paar honderd micrometer dik. Elke schaal vervormt het geluid van de vleugel, vertraagt zijn akoestische energie en weerkaatst minder geluid terug naar de vleermuizen., De schalen lijken te resoneren op een andere frequentie en als geheel, ze kunnen “absorberen ten minste drie octaven van geluid,” meldt Anthony King Voor Chemistry World.

” ze zijn zeer gestructureerd op nanometerschaal met sterk geperforeerde golfplaten boven-en onderlagen die onderling verbonden zijn door een netwerk van minuscule pilaren”, vertelt auteur Marc Holderied van de Universiteit van Bristol aan Chemistry World.

Holderied schattingen moth-geà nspireerde geluiddichtingstechnieken kunnen Materialen ” 10 keer efficiënter maken in het absorberen van geluiden.,”In plaats van omvangrijke panelen te installeren in woningen en kantoren, ziet hij geluidsabsorberend behang bekleed met schaal-achtige nanostructuren.

Holderied kon ook zien dat deze bevinding ook bredere toepassingen op industrie-niveau heeft. “We zijn inderdaad erg enthousiast over de brede toepassingsvooruitzichten van dit materiaal”, vertelt hij aan Smithsonian. “Elk gebied, van architectonische tot machine-en transportakoestiek, waar geluidsabsorptie met een verminderde voetafdruk van nut is, zou profiteren van dunnere mottengeïnspireerde oplossingen.”