仿生设计:10个自然鼓舞人心的实例©Getty Images

仿生设计:10个自然鼓舞人心技术的例子

通过自然选择数百万年连续改进,性质似乎有一个解决方案 - 了解我们如何使用它们来解决现代的人类问题。

金字塔,摩天大楼,超音速飞行 - 尽管有令人难以置信的聪明才智和工程能力,人类已经在过去的几千年中表现出来,我们不断寻找新的灵感和方法来改善我们的设计。给予 进化 具有数百万年的审判和错误的益处,以完善其设计,是逻辑的,人类建设可以从其影响中吸取。

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这种通过仿真性质的人类创新方法称为仿生设计,并激发了许多我们最大的创作 - 从建筑物到仿生汽车,这里有一些最喜欢的例子。

鲸鱼风力涡轮机

在驼背鲸(Megaptera novaeangliae)上的凹凸般的结节©Getty
在驼背鲸(Megaptera novaeangliae)上的凹凸般的结节©Getty

驼背鲸重量惊人的36吨,但它是最优雅的游泳运动员之一,潜水员和海上的跳投之一。如第一次研究弗兰克鱼,这种空气动力学能力大大归因于翅片前部的凹凸突起,称为结节。

类似于飞机翅膀的过程,鲸鱼在不同的陡峭角度使用它们的翅片以增加它们的升力。虽然太多了倾斜,相反,它们会失速 - 由于电流湍流和水中漩涡的形成,延迟了升力。

通过将颠簸的刀片与光滑的边缘进行比较,鱼和同事发现停滞发生在a 较高的角度 事实上,带有结节 - 增加了近40%。他们推导出这个更高角度的熟练程度对鲸鱼允许它在紧身圈子中的操纵方面有益,因此它们是如何圈选和捕获他们的猎物 “净”的泡沫.

鱼类进一步测试还透露,锯齿状边缘风力涡轮机证明比典型的光滑叶片更有效和更安静。这导致了形成 擦拭器结节技术一家公司开发一系列结节技术产品,具有一系列刀片应用,包括风力涡轮机,水力发电涡轮机,灌溉泵,通风泵。

箱鱼和仿生型汽车

尽管扁面鱼的外观繁琐,但它具有低的流动阻力和一个 拖动系数 一个惊人的0.06。相比之下,企鹅通过水游泳的系数为0.19。

2005年,灵感来自于扁面包鱼的巨大结构强度和低质量,梅赛德斯奔驰开发了仿生汽车,据报道减少阻力,具有很大的刚性,低重量和比传统汽车的燃料消耗显着降低。

当然只是因为似乎是自然界中的完美设计,并不一定意味着它在工业设计中的方式起作用。您可能已经注意到道路上明显缺乏仿生型汽车车辆,这可能是因为2015年的研究发现扁圆巾的形状 没有减少拖拉 实际上实际上是一个更不稳定的 - 对于一个拥有5000万年进化的盒子,以完善成为一个炸茸的艺术,对人民承运人的艺术而言。

翠鸟和新干线

Shinkansen子弹火车以富士队用它的本地性,翠鸟推动鼻子©Getty
Shinkansen子弹火车以富士队用它的本地性,翠鸟推动鼻子©Getty

日本以令人难以置信的速度和培训效率而闻名。然而,速度超过300km / h,子弹列车在每次从隧道中涌现时都会介绍创造巨大的声波繁荣。不幸的造成空气压力的结果,这一噪音污染源极大地受到了当地居民的极大令人不安,并放置了工程师的压力来解决问题。

他们所做的,并从一个相当不太可能的来源中吸引灵感:翠鸟。翠鸟是在空气中的媒介之间旅行的大师,溅起很少。就像翠鸟一样 新干线子弹火车 配有长喙形鼻子。这显着降低了火车使火车的噪声量减少,而且还使用15%的电力,并且比以前更快地旅行10%。

魔术贴

在注意到毛刺粘在他的狗的头发上有多容易,乔治德莫斯罗斯·乔治·德莫斯罗尔被激励为发明魔术验。在在显微镜下学习它们时,他注意到毛刺刺的末端的微小钩子的简单设计。这些能够捕捉到诸如毛皮和织物的循环,并且他继续综合复制。他的两部分魔术贴紧固系统使用了一条松散的循环尼龙,与小钩子的条带相对,并且由于它的应用范围和普及的多产。

鸟儿和飞行

Leonardo da Vinci设计为ornithopter
Leonardo da Vinci设计为ornithopter

也许在人类飞行的历史中显而易见的是最着名的生物化例子之一。 Leonardo da Vinci. 在很大程度上被认为是其发展中的主要煽动者,因为他在1480年代作出了第一个关于鸟类和人类飞行的真实研究。他的原始设计,叫做ornithopter,从未创造过,但是一个校长展示了人类可能飞行的校长。

在接下来的几年里,几个设计师和工程师在这个鸟类灵感的概念上工作,例如奥托利昂山脉在滑翔机上完成了超过2,500个航班,但直到1903年,赖特兄弟飞行了第一个动力,较重的机器在受控和可持续的飞行中。这项技术继续定义20世纪的空中发展和今天在空中看到的技术。

莲花激发疏水性

这 莲花效应,否则被称为超疏水性,是在莲花的叶子上看到的效果,水无法润湿表面并简单地滚下。这种高拒绝是由于该平面的纳米结构,其中微突起涂覆在蜡质疏水材料中抵抗水。这也是一种自清洁机制,因为污垢颗粒也粘在水分子上。

复制此过程, 克纳诺 developed 纳米醇  - 疏水性(排斥),脂肪恐怖(脂肪排斥)和油脂(耐油排斥)密封剂,可以喷洒到物质以产生自己的超疏水性。这些应用是巨大的,令人惊讶的是观察。

收集甲虫的水

可能是我们最喜欢的大卫·塔恩堡史诗新系列的生物之一 地球地球II,非洲纳米布沙漠甲虫通过将雾冷凝到其壳体上的凸起的水滴中来收集水。随着防水脊线凸起,它们逐渐向甲虫的头部逐渐引导水道,以便饮用。

由此启发,来自马萨诸塞州理工学院(麻省理工学院)的研究人员 复制这种结构 用玻璃和塑料。这使他们能够像甲虫的背部一样收集分钟的水,但也为他们提供了其他应用的接地,除了在沙漠中收获的雾。例如,建造冷却装置,或用于清理有毒泄漏。

仿生结构

津巴布韦的Eastgate中心,Zimbabwe,以令人难以置信的规模举例说明了生物体。绿色建筑是该国最大的办公室和购物综合体,不使用传统的空调或加热,但它全年保持稳定的温度。

建筑师Mick Pearce受到了白蚁土墩的启发,以创造建筑物,因为它们展示了一种自我冷却的巧妙的结构。这是由于它们的通风系统,涉及在整个土堆中打开和关闭通风口的过程,以调节空气的对流电流。 Eastgate中心使用类似的过程,因为它吸入空气并用建筑物质量暖和/冷却它。这取决于哪种媒体更热 - 建筑物或空气。引用创新的建筑物比相同大小的传统建筑消耗10%的能量!

鸟类安全玻璃

©Getty Images.
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据估计,每年100万只鸟都会死亡 飞入玻璃杯,原因是显而易见的 - 它们根本不认为是物理障碍的透明结构。为了解决这个问题,公司开发了生物摩托 Ornilux Birdafe Glass,从蜘蛛网中的UV反射股线上汲取灵感,鸟儿看到,因此避免。这对两种物种来说是一种明显的互利,因此Ornilux试图用他们的十字架紫外线玻璃复制这一点。

鲨鱼皮大衣

通过检查鲨鱼皮的生物过程,美国宇航局的科学家能够复制套装的微观图案,以创建“RIBLET”薄膜。可比 鲨鱼 皮肤肾上腺素,这部薄膜减少了牵引和阻止附着到表面的微生物(如藻类)。这对海洋船只(例如帆船)非常有利 星星& Stripes,它涂上了NASA RIBLETS,并在该过程中赢得了1987年的美国杯。

然而,Riblets的环境效益在减少摩擦时,在节约能量和金钱(例如燃料)中,宽度宽阔。这导致其在船舶船体,潜艇,飞机,甚至是人类泳装的涂料中的进一步开发和利用。

还有一个巨大的财务激励,减少拖累可以节省数千磅。例如, 研究人员估计 减少1%的阻力可以节省一架飞机每年近似25,000加仑的燃料。

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