Encyklopedi

Biomimik -

Inom det växande området biomimik, där ingenjörer, forskare och arkitekter ser till den biologiska världen för att få svar på vanliga designproblem, utvecklades 2014 som ett rikt år för innovationer inom robotik, grön teknik och medicin. Forskare och ingenjörer erkände officiellt värdet av att tillämpa evolutionärt utvalda egenskaper på svåra designutmaningar och utvecklade ett stort antal nya tekniker inspirerade av levande organismer. Från robotbläckfiskar till solceller i moth-eye, formade biomimik det sätt som tekniska utmaningar hanterades på, och varade ett stort löfte för teknikens framtid.

fågel-fönster kollision

Att titta på naturen för designinspiration var inte ett nytt koncept. Under den italienska renässansen studerade uppfinnaren Leonardo da Vinci en mängd olika flygande djur i sin strävan att skapa en maskin för mänsklig flygning. Inspirerad av fladdermössens membranösa vingar och deras unika rörelser formade Leonardo vingarna på sin ”ornitopter” genom att använda en tallram täckt med fint siden; vingarna vridna när de klaffade. Även om konturen aldrig flög, var Leonardos design helt klart ett försök att efterlikna naturens bedrifter som han så noggrant observerade. På samma sätt hittade den schweiziska ingenjören George de Mestral inspiration 1941 i de tuffa grävarna som fastnade i hans jaktjacka och pälsen på hans hund. Grindarnas effektiva hakningsmekanism ledde till slut till att han skapade ett fästsystem med kardborrband, känt som kardborreband.

Modern biomimik är möjlig genom evolution - den mekanism genom vilken naturen sorterar igenom och testar otaliga prototyper för att hitta lämpliga anpassningar för en viss population av organismer. Selektiva tryck sätter varje variant på det ultimata testet: överlevnad. Om ett drag inte gör det möjligt för en organism att konkurrera, utnyttja resurser och reproducera, rensas den ut ur befolkningen. Med detta i åtanke myntade biologen Janine Benyus termen biomimik1997 för tanken att människor kan och bör låna de testade mönster som tillhandahålls av den naturliga världen. Biomimicry tillåter ingenjörer och forskare att utnyttja evolutionens framgångar och tillämpa dem för att möta kraven från den mänskliga miljön. Istället för att försöka lösa designutmaningar från grunden kan forskare titta på naturens beprövade resultat för idéer.

Biomimicry in Medicine.

Biomimicry möjliggjorde flera fascinerande utvecklingar inom det medicinska området. Forskare vid University of Texas i Austin tittade på hörselmekanismen för parasitflugan Ormia ochracea för att utveckla en liten överkänslig hörselapparat 2014. Utrustad med specialiserade öron kan O. ochracea följa ljudet av cricket kvittrar för att finslipa på individer att parasitera. Hos människor kommer ljud till ena örat något innan de anländer till det andra, så att hjärnan kan urskilja riktningen från vilken ljudet härstammar. Flugans öron är så små och så nära varandra, dock att ljud når båda öronen nästan exakt samtidigt. För att kompensera, trumhinnorna i O. ochraceaär sammankopplade med en struktur som liknar en teeter-totter, som förstärker de små skillnaderna i ljudets ankomsttider och därmed låter insekten exakt lokalisera sitt byte. Forskare kopierade den teeter-totter-mekanismen för att skapa en liten enhet som kan användas i nästa generation hörapparater eller för att skapa adaptiva mikrofoner som fokuserar på specifika ljud eller konversationer.

Parasiter fungerade också som inspiration för nya kirurgiska mikronålar som används för att fästa hudtransplantat. På samma sätt som huvudet på Pomphorhynchus laevis , en parasitisk tarmmask, sväller spetsarna på de små nålarna när de kommer i kontakt med vatten. Denna funktion gör att både maskar och nålar kan hålla sig till mjuk vävnad med minimal skada och orsaka lite trauma på vävnaden när de töms och skiljer sig från den. Forskare fann att dessa mikronålar var lätt vändbara och att de gav tre gånger starkare vidhäftning än konventionella kirurgiska häftklamrar.

Biomimicry användes också för att bekämpa ökningen av läkemedelsresistenta bakterier på sjukhus och andra medicinska anläggningar. Efter att ha observerat att hajar är mindre sårbara för fåglar och alger än många andra marina organismer, fann forskare mikroskopiska strukturer på hajhud som signifikant hämmade tillväxten av dessa organismer och överraskande den hos de olika bakterier som är ansvariga för sjukhusförvärvade infektioner. Forskarna kopierade dessa strukturer för att skapa syntetisk hajskinn som kunde appliceras på en mängd olika ytor, allt från medicinsk utrustning till tangentbord för att förhindra tillväxt av skadliga bakterier.

Biomimicry in Robotics.

Biomimik ledde till utvecklingen av ett antal innovativa robotformer. År 2014 började en grupp italienska forskare patentera en flexibel flerarmad robot inspirerad av bläckfiskar. Traditionellt hade robotar begränsats av sina vinklade former och hårda kroppar, faktorer som minskade deras funktionalitet. Robotbläckfisken, som kunde simma och krypa över och runt hinder, var mjuk och innehöll sex flexibla armar för att förstå och manipulera föremål. För att simma gav några av dess flexibla bilagor kraft medan de andra gav stabilitet. Med vidareutveckling skulle sådana robotar kunna användas vid djuphavsutforskning och i sök-och-räddningsoperationer.

På samma sätt byggde ingenjörer vid University of Virginia "Mantabot", en mjuk kroppsbadrobot inspirerad av stingrays och manta strålar. Strålar är kraftfulla simmare och kan glida långa sträckor för att spara energi. Mantabot, utrustad med flexibla vingliknande fenor gjorda av kisel och plast, formades av en verklig cownose-stråle. Dess effektiva simning efterliknade riktiga strålar och kunde användas för att samla in marina data för forskare eller genomföra undervattensövervakning för militären.

Biomimicry in Green Technology.

Grön teknik gynnades också av ökningen av applikationer för biomimik. År 2014 publicerade schweiziska forskare ett papper som tillkännagav en ny typ av solceller inspirerad av ögonen på malm från trädgårdssorter. För att se på natten och undvika rovdjurens uppmärksamhet är malögon mycket effektiva vid ljusabsorption. Med hjälp av volframoxidpartiklar täckta med järnoxid kunde forskare härma hur malögon absorberar nästan allt infallande ljus och därmed skapa mycket effektiva solceller. Genom att absorbera ljuset som andra solceller reflekterar bort hade dessa malinspirerade solceller stor potential för att utveckla soltekniken.

I ett försök att minska det betydande antalet fåglar som dödades av kollisioner med fönster som reflekterade den öppna himlen såg biomimikforskare till spindelnät för inspiration. Spindelsilke är ultraviolett (UV) reflekterande, och även om den funktionen nästan är omärklig för människor och många insekter, fungerar den som en effektiv avskräckande effekt för fåglar och skyddar därmed banorna från att förstöras. Forskare härmade den funktionen för att skapa fågelsäkert glas som var inbäddat med band av UV-reflekterande material i mönster som liknade spindelnät. Med uppskattningsvis 100 miljoner till en miljard fåglar som dör varje år i USA på grund av fönsterkollisioner lovade fågelsäkert glas förmåga att dramatiskt minska sådana fågeldödsfall att bli ett miljövänligt genombrott.

Med tanke på den otroliga mångfalden i livet hade biomimikforskare en till synes oändlig mängd organismer och anpassningar för att hämta inspiration. Biomimik ledde till en fantastisk samling tekniska framsteg, allt från självfyllande vattenflaskor som efterliknade ökenbaggar till självrenande färg inspirerad av hydrofoba lotusblad. Förutsatt att mänskligheten kan bevara den biologiska mångfalden som driver biomimik, lovar fältet att fortsätta att skapa innovativa lösningar. När man tittade på de egenskaper som evolutionen hade testat noggrant under årtusenden tillät biomimik ingenjörer och forskare att "lära av våra äldste" och använda naturens framgångar för att informera design och teknik.

Melissa Petruzzello
$config[zx-auto] not found$config[zx-overlay] not found