© ROOT-NATION.com - Acest articol a fost tradus automat de AI. Ne cerem scuze pentru eventualele inexactități. Pentru a citi articolul original, selectați English în comutatorul de limbă de mai sus.
Natura a avut 3.8 miliarde de ani de evoluție până la procese de supraviețuire perfecte – de la proiectarea aripilor păsărilor până la metoda de polenizare a florilor. În schimb, oamenii au existat doar pentru o fracțiune din durata de viață a Pământului, totuși căutăm în mod constant inspirația din natură. De-a lungul acestui timp, natura a oferit un fel de model pe care să-l urmeze omenirea.
Natura este perfectă în unicitatea sa, eficientă, conservatoare de resurse și autosusținătoare. Design-urile și procesele pe care le-a dezvoltat au fost testate de-a lungul a milioane de ani, dovedind eficacitatea lor în diverse medii.
De exemplu, structura hexagonală folosită de albine pentru a-și construi stupii. Rezistența ridicată și stabilitatea geometriei îl fac ideal pentru albine, folosind în același timp eficient o cantitate minimă de material. Astăzi, oamenii aplică această structură în diverse domenii, de la avioane și nave spațiale până la construcții și ambalare. Biomimetismul se referă la studiul și imitarea desenelor și proceselor naturale pentru utilizare practică. În acest articol, vom explora unele dintre modelele și procesele oferite de natura și modul în care acestea au fost adaptate pentru a crea structuri mai durabile create de om.
avioane
Cel mai faimos și mai vechi exemplu de biomimetism este avionul. Se crede că zborul porumbeilor i-a inspirat pe frații Wright să creeze primul avion, pe care l-au lansat în 1903. De la forma păsării și modul în care funcționează aripile sale, până la modul în care pasărea alunecă prin aer, toate aceste elemente au servit. ca planuri pentru aeronave moderne. Aceste caracteristici sunt studiate cu atenție, iar oamenii de știință se străduiesc să le reproducă.
Designerii de aeronave modelează aripile pentru a imita suprafața curbată a aripii unei păsări, creând o diferență de presiune a aerului deasupra și dedesubtul aripii pentru a genera portanță. Cârmele de la coada avionului imită penele cozii unei păsări pentru a oferi echilibru și control direcțional. Prin aplicarea principiilor de design natural, oamenii de știință au creat o mașină mai grea decât aerul care poate călători prin cer. Pe lângă aeronavele comerciale, a fost studiată și formarea în formă de V a păsărilor, precum gâștele.
Formația în formă de V ajută la conservarea energiei prin captarea curentului ascendent de la pasărea din față, reducând cantitatea de energie necesară pasării din spate pentru a rămâne în aer. Escadrile militare aplică acest principiu pentru a maximiza eficiența energetică.
Citiți și: Top 8 tehnologii militare ale viitorului la care să acordați atenție astăzi
Velcro
Inginerul elvețian George de Mestral a inventat Velcro în 1941, după ce s-a întors dintr-o plimbare prin pădure și a observat bavuri de la plantele de brusture lipite de hainele sale și de blana câinelui său. După ce le-a examinat la microscop, de Mestral a văzut că bavurile aveau cârlige minuscule pe semințe, ceea ce le-a făcut să se prindă de îmbrăcăminte și blană.
Inspirat de designul cârligului, de Mestral a creat Velcro - un sistem format din două părți. O parte avea cârlige mici, în timp ce cealaltă parte avea bucle mici. Când cele două părți erau presate împreună, cârligele se prindeau de bucle, formând o legătură puternică. Cu toate acestea, conexiunea a fost concepută pentru a fi suficient de puternică pentru a fi ținută, dar suficient de ușor de separat cu o cantitate suficientă de forță.
Astăzi, Velcro este folosit într-o gamă largă de articole, de la îmbrăcăminte și genți până la bandaje medicale și organizatoare de cabluri. De fapt, NASA a folosit și Velcro pentru a securiza obiectele în condiții de gravitate zero. Inspirat de designul simplu, dar eficient de dispersie a semințelor, Velcro a devenit un element omniprezent în viața de zi cu zi. Servește ca alternativă la nasturi și fermoare, oferind avantaje precum ușurința în utilizare, reutilizarea și eficiența.
Citiți și: Cum vor arăta trenurile de călători ale viitorului
termite
Movilele de termite sunt o structură remarcabilă creată de termite pentru a oferi adăpost și pentru a regla mediul de viață pentru colonia lor. Fabricate din pământ, lemn mestecat, murdărie și salivă, aceste movile au o structură centrală de ventilație, asemănătoare fumului, conectată la tuneluri și camere subterane. Acest design ajută la menținerea unui mediu optim în zonele subterane.
Aerul cald se ridică prin structura centrală, permițând aerului mai rece să pătrundă prin deschiderile inferioare. Acest lucru asigură menținerea mediului din interiorul movilelor, indiferent de condițiile exterioare. Designul facilitează, de asemenea, ventilația și schimbul de gaze. Aceste structuri pot atinge până la 9 metri înălțime și pot rezista zeci de ani, arătându-și durabilitatea.
Inspirați de movilele de termite, arhitecții au proiectat clădiri care imită această structură. Unul dintre cele mai cunoscute exemple este Centrul Eastgate din Zimbabwe. Proiectat de Mike Pearce, Centrul Eastgate își propune să mențină un climat controlat pentru ocupanți într-un climat cald, reducând în același timp consumul de energie pentru răcire.
Citiți și: De ce criptomonedele cresc după victoria lui Trump: explicat
Suprafețe cu autocurățare
În ciuda faptului că există în apă tulbure, lotusul rămâne curat datorită naturii ultrahidrofobe a frunzelor sale. Denivelările minuscule, acoperite cu ceară, acoperă suprafața frunzei de lotus, determinând ca picăturile de apă să se rostogolească, ducând cu ele murdărie și resturi. Nanostructurile de pe suprafața frunzei (acești umflături minuscule) reduc aderența picăturilor de apă, permițându-le să culeagă particulele de praf. Acest fenomen este cunoscut sub numele de „efectul de lotus”, un termen introdus pentru prima dată în 1977 de Barthlott și Ehler, care au descris proprietățile de auto-curățare ale frunzei de lotus.
De atunci, oamenii de știință au explorat acoperiri inspirate din frunzele de lotus care se autocurăță. Compania americană Sto Corp. a dezvoltat o vopsea inspirată din efectul lotus, care respinge murdăria și murdăria.
Pe lângă vopselele, țesăturile și acoperirile cu autocurățare, această metodă este folosită și pentru a dezvolta materiale pentru colectoare solare termice, senzori de control al traficului și copertine.
Citiți și: Cum vor arăta avioanele de pasageri ale viitorului
Trenuri japoneze de mare viteză
Kingfishers sunt păsări incredibil de agile și rapide care se îndreaptă spre prada lor pentru a o prinde. Se apropie în liniște, mai ales lângă corpurile de apă, pentru a evita să-și uimească captura. Designul unic al ciocului martin pescar îi conferă acest avantaj. Are un cioc îngust, lung și ascuțit, cu diametrul crescând de la vârf la bază. Acest design ajută la distribuirea presiunii create la lovirea cu apă, reducând zgomotul de stropire și asigurând o scufundare eficientă, silențioasă și stabilă.
Inginerii japonezi care au dezvoltat trenul de mare viteză Shinkansen s-au confruntat inițial cu problema unui tunel puternic cauzat de presiunea atmosferică creată în partea din față a trenului.
Pentru a rezolva această problemă, inginerii s-au uitat la designul ciocului de kingfisher. Au reproiectat partea din față a trenului pentru a imita forma ciocului, eliminând brațul tunelului. Acest design a permis trenului să se deplaseze cu 10% mai rapid și să consume cu 15% mai puțină energie electrică.
Citiți și: Europa Clipper: Tot ce trebuie să știți înainte de lansarea celei mai mari nave spațiale
Inovații inspirate din pielea de rechin
Rechinii sunt cunoscuți pentru viteza și experiența lor de înot sub apă. Nu este surprinzător faptul că oamenii de știință au încercat să reproducă pielea de rechin pentru diverse aplicații, inclusiv pentru realizarea de costume de baie și acoperiri antibacteriene. Pielea de rechin este formată din structuri minuscule, asemănătoare unor dinți, numite denticuli dermici, care se simt netede într-o direcție și zimțate în cealaltă. Acești denticuli dermici îndeplinesc două funcții: acționează ca armură de protecție și îmbunătățesc mișcarea prin apă.
Termenul denticulele dermice sa dovedit a fi un instrument puternic pentru rechini. Prin întreruperea fluxului de apă cu marginile lor zimțate, denticulii dermici reduc rezistența rechinului în timp ce se deplasează prin apă, permițându-i să înoate rapid, eficient și liniștit. Aceste structuri împiedică, de asemenea, să se atașeze microorganismele de pielea rechinului. Crestele minuscule de-a lungul suprafeței pielii îi împiedică pe autostopiștii nedoriți să prindă o plimbare liberă.
Inspirați de această suprafață unică, oamenii de știință au replicat-o pentru costume de baie pentru a le îmbunătăți performanța. Aceste costume de baie au avut atât de mult succes la Jocurile Olimpice încât unul dintre ele, Speedo LZR Racer, a fost interzis de Federația Internațională de Înot.
Cu toate acestea, unii cercetători susțin că costumele de baie inspirate din piele de rechin măresc de fapt rezistența, mai degrabă decât o reduc. Corpul unui rechin este mult mai flexibil decât al unui om, motiv pentru care denticulii dermici ajută la reducerea rezistenței. În timp ce costumele de baie au fost dezvoltate prin observarea pielii de rechin, succesul lor ar putea fi un produs secundar al unui proces de încercare și eroare, mai degrabă decât o replicare directă a avantajelor hidrodinamice ale rechinului.
Pielea de rechin a fost studiată și pentru dezvoltarea tehnologiilor medicale, cum ar fi foile de plastic aplicate pe pereții spitalelor. Aceste foi ajută la prevenirea răspândirii bacteriilor și a altor microorganisme dăunătoare, deoarece nu pot adera de pereți.
Citiți și: Criptare end-to-end: ce este și cum funcționează
Structuri de tip fagure
După cum sa menționat în introducere, structura de fagure folosită de albine este o formă geometrică foarte eficientă. Motivul pentru care albinele au ales forma hexagonală a fost un subiect de interes științific încă de pe vremea lui Charles Darwin, care a emis ipoteza că această formă a fost adaptată pentru a optimiza procesul de producție de ceară. Această formă maximizează spațiul de depozitare disponibil în timp ce folosește cea mai mică cantitate de ceară.
În 1999, matematicianul american Thomas Hales a demonstrat că hexagonul minimizează aria perimetrului și maximizează spațiul folosind cea mai mică cantitate de material. Aceasta este cunoscută sub numele de „conjectura fagure”. Pe lângă depozitarea ceară, celulele hexagonale protejează și rețin și larvele, asigurându-se că ceara nu se topește în climatele calde.
Inspirați de albine, oamenii de știință aplică geometria în oglinzile avioanelor, materialele de construcție și paletele turbinelor eoliene. Designul se concentrează pe eficiența resurselor, reducerea greutății și a costurilor materialelor.
Mai exact, oglinzile telescopului spațial James Webb (JWST) constau din 18 segmente hexagonale dispuse într-un model de fagure. Această geometrie maximizează suprafața pentru captarea luminii, menținând în același timp integritatea structurală și minimizând greutatea, ceea ce este crucial pentru misiunile spațiale.
Acestea sunt doar câteva exemple de biomimetism și de modul în care natura inspiră designuri și inovații eficiente. Această listă nu este deloc exhaustivă și atinge doar îmbunătățirile pe care natura le-a adus în structurile și procesele sale. Astăzi, există multe sisteme și procese naturale pe care oamenii de știință le studiază pentru a îmbunătăți tehnologiile existente.
Natura continuă să evolueze și să își optimizeze sistemele, beneficiind nu numai de lumea naturală, ci și inspirând oamenii să creeze inovații din care să se inspire.
Dacă sunteți interesat de articole și știri despre aviație și tehnologia spațială, vă invităm la noul nostru proiect AERONAUT.media.
Citiți și:
- 6 rachete balistice intercontinentale (ICBM) care ar putea pune capăt lumii
- Cum să alegi o bicicletă: un ghid pentru începători și
