De Britse architect Michael Pawlyn beschouwt de natuur als een 'productcatalogus', die volgens een TED-talk allemaal hebben geprofiteerd van een onderzoeks- en ontwikkelingsperiode van 3, 8 miljard jaar.
"Gezien dat niveau van investeringen, " vervolgt hij, "is het logisch om het te gebruiken."
Hoewel nieuwe technologie in het begin soms vreemd kan aanvoelen, bijna buitenaards, houdt de toekomst van innovatie juist in dat onderzoekers de natuurlijke wereld om ons heen beter begrijpen. En uitvinders slaan aan, met meer en meer omarmen biomimicry, of het proces van het ontwerpen van producten om te functioneren als dieren en planten na de verfijning van de evolutie. Van bidsprinkhanengarnalen tot bijenspit, ingenieurs laten geen steen onverlet als het gaat om inspiratie.
Hier zijn vijf recente ontdekkingen in de natuurlijke wereld die op een dag tot nieuwe uitvindingen kunnen leiden.
Bidsprinkhanengarnalen hebben een superstoer pantser gemaakt van een slagvaste microstructuur.
Bidsprinkhanengarnalen zijn pittige kleine duivels die zich niet terugtrekken uit een gevecht - zelfs niet met hun eigen soort. Opmerkelijk is dat twee bidsprinkhaankreeften het eruit kunnen doven en daarna ongeschonden blijven. Dat komt omdat de stoere kleine jagers op hun rug bedekt zijn met een supersterk pantser. Het pantser, dat Telsons wordt genoemd, ziet eruit en gedraagt zich als soort schilden die elkaar overlappen terwijl ze langs de staart van de schaaldier vallen.
Onderzoekers van de University of California, Riverside bestudeerden de structuur en mechanica van deze telsons en ontdekten dat de sleutel tot hun taaiheid de spiraalvormige steiger onder elk schild lijkt te zijn. In een recent onderzoek in het tijdschrift Advanced Functional Materials leggen de ingenieurs en hun collega's uit dat de helicoïdale structuur voorkomt dat scheuren groeien en de impact van een zware klap verzacht. Het is bekend dat een vergelijkbaar verwrongen architectuur bestaat in de klauw van de garnaal, die wordt gebruikt om eventuele bedreigingen voor zijn grondgebied te blazen. De garnalen hebben duidelijk het perfecte pantser ontwikkeld.
Op een dag zien we misschien dit soort slagvaste microstructuur, die de onderzoekers in 2016 hebben gepatenteerd, in sportartikelen, kogelvrije kleding voor politie en leger, drones, windturbinebladen, ruimtevaartmateriaal, auto's, militaire voertuigen, vliegtuigen, helikopters, fietsen en zeeschepen. Kortom, David Kisailus, een professor in chemische en milieutechniek aan de Universiteit van Californië, Riverside, en studie-auteur, legt in een e-mail aan het Smithsonian magazine uit: "Overal is minder gewicht cruciaal, maar taaiheid en sterkte zijn vereist."
Kisailus denkt dat de bevinding op de korte termijn de grootste impact zal hebben op sportartikelen, omdat de tijd om producten zoals helmen en scheenbeschermers op de markt te brengen korter is dan bij commerciële vliegtuigen. De onderzoekers hebben een prototype van een helm gemaakt voor gebruik in de bouw en voor voetbal. Maar, voegt Kisailus eraan toe, "op de langere termijn denk ik dat de grotere, meer globale impact zal zijn op transport, omdat het verminderde gewicht met hogere sterkte het brandstofverbruik en de uitstoot zal verminderen."
Paardebloemzaden onthullen nieuw ontdekte vorm van natuurlijke vlucht.
Een vorm van vlucht die nog niet eerder was gezien, werd onthuld in een studie van paardenbloemen. (Cathal Cummins) De manier waarop paardenbloemzaden moeiteloos in de wind drijven, glinsterende zonlicht opvangen als ze op de grond vallen, heeft een bepaalde simplistische schoonheid die moeilijk te overtreffen is. Maar, zoals onderzoekers vorige herfst ontdekten, is het onzichtbare pad dat zijn delicate borstelige parachute achterlaat, nog wonderbaarlijker - en het bestuderen ervan kan leiden tot echt coole verbeteringen in het toezicht op drones en luchtvervuiling.
Onderzoekers wisten dat het mechanisme dat de zaden zo moeiteloos droeg de delicate kroon van ivoorvezels was, die een beetje lijkt op de bezem van een schoorsteenveger. Ze wisten alleen niet precies hoe deze parachute-achtige fuzz werkte, gezien het feit dat de bundel paardebloemzaden meestal uit lege ruimte bestaat. Dus wetenschappers van de Universiteit van Edinburgh creëerden een windtunnel om de zaden op de proef te stellen en ontdekten daarmee een "nieuwe klasse van vloeibaar gedrag", meldt James Gorman voor de New York Times . De lucht stroomt door de gloeidraden en laat een wervelend luchtspoor achter, of wat een gescheiden wervelring wordt genoemd. De ring verhoogt de weerstand van een zaadje, waardoor een vlucht vier keer efficiënter is dan die van een conventionele parachute.
De onderzoekers, die de bevindingen in een in Nature gepubliceerde studie hebben uitgelegd, hopen dat het ingenieurs inspireert om kleine zelfrijdende drones uit te vinden die weinig tot geen energieverbruik vereisen om te vliegen.
"Een door paardenbloemen geïnspireerde, door de mens gemaakte bundel borstels kan worden gebruikt om rond te zweven in de lucht, met zoiets als camera's of sensoren, in plaats van de zaden, " zegt Naomi Nakayama, een bioloog aan de Universiteit van Edinburgh en studie auteur, in een e-mail naar Smithsonian . "Net als de paardenbloem kunnen ze lang blijven drijven en de luchtkwaliteit, windrichting of -snelheid en misschien enkele menselijke activiteiten kunnen volgen en registreren, zonder dat mensen merken dat ze in de buurt zijn omdat ze zo klein zijn."
Mako-haaien zijn snel vanwege hun flexibele schubben.
Dit is een foto van de schubben van de makreelhaai, die elk ongeveer 0, 2 millimeter lang zijn. De voorste rij weegschalen is handmatig in de maximale hoek van ongeveer 50 graden gezet. (Phil Motta aan de Universiteit van Zuid-Florida) Mako-haaien zijn razendsnel, daarom worden ze soms de cheeta's van de zee genoemd. Ze kunnen tot 70 tot 80 mijl per uur bereiken. Maar hoe komen ze zo snel? Het antwoord ligt met kleine schubben op hun flank en vinnen. Maar precies hoe hun gladde huid hun snelheid helpt, is van speciaal belang voor luchtvaartingenieurs, met financiering van Boeing en het Amerikaanse leger, die nieuw materiaal willen ontwerpen om de weerstand te verminderen en de behendigheid van vliegtuigen te vergroten, volgens een persbericht van de American Physical Society .
De flexibele schubben op de flank en vinnen van mako-haaien zijn slechts een vijfde van een millimeter lang. Als je de haai als een kat zou aaien, van kop tot staart ( Noot van de redactie: dit raden we niet aan ), zouden de schubben glad aanvoelen. Maar als je je hand in de tegenovergestelde richting bewoog, zou de huid meer aanvoelen als schuurpapier, waarbij de schalen naar achteren buigen tot een maximale hoek van 50 graden, afhankelijk van de lichaamslocatie, met de meest flexibele schalen achter de kieuwen. Volgens het persbericht houdt de flexibiliteit van de weegschaal de stroming dicht bij de huid vooruit, waardoor wordt voorkomen dat er "stromingsscheiding" wordt genoemd.
Flow-scheiding is ook vijand nummer één als het gaat om vliegtuigen. Het concept wordt eenvoudig aangetoond door uw hand uit een bewegend autoraam te steken met uw handpalm naar de wind gericht. Je handpalm staat meer onder druk dan de rug van je hand, en dus wordt je hand naar achteren geduwd. Dit gebeurt omdat de luchtstroom zich langs de zijkanten van uw hand scheidt, waardoor het gebied met lage druk ontstaat of achter uw hand ontwaakt. Stroomscheiding kan echter nog steeds plaatsvinden op een meer gestroomlijnd lichaam zoals de haai. Dat is waar de schalen komen: ze helpen de stroom te beheersen, waardoor de weerstand wordt verminderd en het dier sneller en met grotere wendbaarheid kan zwemmen.
“We speculeren dat we op een gegeven moment een tape zouden kunnen ontwikkelen die strategisch op vliegtuigoppervlakken zou kunnen worden aangebracht, zoals rotorbladen van de helikopter, vleugels of bepaalde locaties op de romp waar stromingsscheiding optreedt en een toename in luchtweerstand of verminderde prestaties veroorzaakt of manoeuvreerbaarheid ”, zegt Amy Lang, een luchtvaartingenieur aan de Universiteit van Alabama, die het werk presenteerde tijdens de American Physical Society March Meeting in Boston, in een e-mail aan Smithsonian .
Lang ontving in 2014 een patent dat volgens haar was “gebaseerd op vroege concepten die we hadden over hoe de haaienhuid functioneert en hoe we dat kunnen toepassen op een ontwikkeld oppervlak.” Zij en haar team maken 3D-geprinte modellen van mako haaienhuid en hoop om het volgende jaar meer resultaten te krijgen door ze in wind- en watertunnels te testen. "We hopen in onze samenwerkingen met de industrie een bijgewerkt patent in te dienen, aangezien een door de mens gemaakt oppervlak is ontwikkeld voor echte toepassingen, " voegt ze eraan toe.
Bijen combineren spit en bloemolie om een kleefstof te maken.
Honingbijen vliegen van bloem naar bloem om stuifmeel te verzamelen en op hun lichaam op te slaan om terug naar de bijenkorf te gaan. Maar wat als een verrassende regendouche de zomer verstoort? Wees niet bang, bijen hebben daar een oplossing voor: een kleverige modder van hun spit en olie uit bloemen die stuifmeel verandert in waterbestendige pellets. De wetenschap achter deze kleverige combinatie kan zelfs hightech lijmen inspireren die blijven plakken wanneer je dat wilt, maar ook loslaten wanneer dat nodig is.
"We wilden weten of het stuifmeel zo stevig aan de achterpoten van de bij kan blijven zitten, hoe de bijen erin slagen om het te verwijderen wanneer ze terugkeren naar de bijenkorf, " zei Carson Meredith, een ingenieur bij Georgia Tech en hoofdauteur van een studie gepubliceerd in Nature Communications in maart, in een persbericht.
Het werkt in wezen als volgt: bijenspit is in het begin een beetje plakkerig vanwege de nectar die ze drinken. Het spit bedekt stuifmeel wanneer de bijen het verzamelen. Vervolgens bedekken de oliën van de bloemen de spitty pollenbal. Deze gelaagdheidstechniek is het perfecte brouwsel om onverwachte vochtigheid af te weren.
"Het werkt op dezelfde manier als een laag bakolie die een stroop stroop bedekt, " zei Meredith in de release. "De olie scheidt de siroop van de lucht en vertraagt het drogen aanzienlijk."
Snelheid is ook een belangrijke factor lijkt het. Dat komt neer op wat een snelheidsgevoelige reactie wordt genoemd, wat betekent "hoe sneller de kracht probeert het te verwijderen, hoe meer het zou weerstaan, " volgens een persbericht. Dus wanneer de bijen gecoördineerde, langzame bewegingen met hun achterpoten gebruiken om de pollenballen te verwijderen, komen ze er gemakkelijk uit. Maar als een vrij vallende regendruppel tegen een van de ballen botst, kleeft deze intenser.
De toepassingen voor een dergelijke lijm variëren sterk. Meredith legt in een e-mail aan Smithsonian magazine uit dat een bio-geïnspireerde lijm zou gedijen in gebieden waar sterkte niet de hoogste prioriteit heeft, maar “waar hechting aanpasbaar, instelbaar, reagerend op stimuli of gekoppeld aan andere eigenschappen zoals eetbaarheid, biocompatibiliteit of vochtbestendigheid. "
Hij werkt samen met zowel medische als cosmetische bedrijven. (Als je ooit merkt dat je hardnekkige waterdichte make-up verwijdert, begrijp je de vraag naar een oplossing.) “Op deze gebieden wil je vaak hechting die oppervlakken onder bepaalde omstandigheden bij elkaar kan houden, maar dan op verzoek of wanneer kan worden vrijgegeven een bepaalde conditie (snelheid, kracht, vochtigheid) wordt overschreden, "legt hij uit. "Dit omvat de mogelijkheid om kleine deeltjes van de ene plaats naar de andere over te brengen, zoals bij het aanbrengen van make-up of het toedienen van een medicijn aan een bepaald weefsel in het lichaam."
Dat is niet alles: die stuifmeelkorrels zijn van nature eetbaar, dus ze kunnen ook in voedsel worden gebruikt, misschien voor 'decoratieve items op een cake of dessert, of aanhechtende deeltjes die voedseladditieven bevatten voor smaak, voedingsstoffen, conserveermiddelen, kleur, enz., ”Legt Meredith uit.
Katten zijn deskundige trimmers vanwege holle papillen op hun tong.
(Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images) Katten besteden een behoorlijk groot deel van hun tijd aan het likken van zichzelf. Het blijkt dat hun tong is geëvolueerd voor optimale verzorging - en kan ons misschien helpen betere haarborstels te maken, of zelfs vooruitgang in zachte robotica en nieuwe soorten reinigingstechnologie te inspireren.
De klassieke schuurpapierachtige tong van een kat is bedekt met schuine spijkers, papillen genaamd, die zijn gemaakt van keratine of hetzelfde harde spul van onze vingernagels. Dat is het deel van de tong dat onderzoekers van het Georgia Institute of Technology wilden bestuderen om erachter te komen hoe het vocht zo gemakkelijk door de vacht van een kat verspreidt.
Het blijkt dat papillen niet echt stekelig of kegelvormig zijn zoals eerder onderzoek beweerde. Integendeel, zoals de ingenieurs van het Georgia Institute of Technology beschrijven in een studie in de Proceedings van de National Academy of Sciences, zijn ze lepelvormig met twee holle uiteinden. Deze vorm creëert oppervlaktespanning die speekseldruppeltjes vergrendelt totdat het tijd is voor een reiniging, vond het team. En die tongen kunnen veel vocht vasthouden. Toen het team kattentongen - na het slachten gedoneerd - op de proef stelde, ontdekten ze dat elke papilla ongeveer 4, 1 microliter water kan bevatten, maar over de tong is dat genoeg om ongeveer een vijfde van een kopje water door de vacht van het dier te verspreiden een dag volgens National Geographic .
De papillen vallen ook een knoop uit vier verschillende richtingen aan - perfect voor efficiënt ontwarren. De onderzoekers creëerden zelfs een op tong geïnspireerde verzorgingsborstel (TIGR) met behulp van 3D-modellen van kattentongen. Ze hebben een patent aangevraagd voor de borstel, die kan worden gebruikt om medicijnen toe te passen of verlofshampoos en conditioners in dierenbont te verspreiden om allergenen te verminderen.
En het team voorziet andere toepassingen. "De unieke vorm van de wervelkolom kan worden geïmplementeerd in zachte robotica om de grip te verbeteren. Eerdere onderzoeken hebben aangetoond dat micro-haken uitblinken in grip op poreuze, stijve oppervlakken, " zegt Alexis Noel, een onderzoekingenieur aan het Georgia Tech Research Institute en studie-auteur, in een e-mail. Er is misschien zelfs een nieuwe manier om mascara toe te passen, voegt ze eraan toe.
