Biomimikriya: Tabiat muhandislarni innovatsiyalarga qanday ilhomlantiradi

Tabiat 3.8 milliard yillik evolyutsiyadan mukammal omon qolish jarayonlariga ega bo'ldi - qush qanotlarini loyihalashdan gullarni changlatish usuligacha. Bundan farqli o'laroq, odamlar Yerning umrining faqat bir qismi uchun mavjud bo'lgan, ammo biz doimo tabiatdan ilhom izlaymiz. Bu vaqt davomida tabiat insoniyatga ergashish uchun qandaydir rejani taqdim etdi.

Tabiat o'zining noyobligi, samarali, resurslarni tejash va o'zini o'zi saqlab turishi bilan mukammaldir. U ishlab chiqqan dizayn va jarayonlar millionlab yillar davomida sinovdan o'tgan va turli muhitlarda samaradorligini isbotlagan.

Masalan, asalarilar uyalarini qurishda foydalanadigan olti burchakli tuzilish. Geometriyaning yuqori mustahkamligi va barqarorligi uni asalarilar uchun ideal qiladi, shu bilan birga minimal miqdordagi materialdan samarali foydalaniladi. Bugungi kunda odamlar bu tuzilmani samolyotlar va kosmik kemalardan tortib, qurilish va qadoqlashgacha turli sohalarda qo'llaydilar. Biomimikriya amaliy foydalanish uchun tabiiy dizayn va jarayonlarni o'rganish va taqlid qilishni anglatadi. Ushbu maqolada biz tabiat tomonidan taqdim etilgan ba'zi dizayn va jarayonlarni va ular inson tomonidan yaratilgan yanada barqaror tuzilmalarni yaratish uchun qanday moslashtirilganligini o'rganamiz.

Samolyotlar

Biomimikriyaning eng mashhur va eng qadimgi namunasi - bu samolyot. Kabutarlar parvozi aka-uka Raytlarni 1903 yilda uchirilgan birinchi samolyotni yaratishga ilhomlantirgan, deb ishoniladi. Qushning shakli va qanotlarining ishlashidan tortib, qushning havoda sirpanishigacha, bu elementlarning barchasi xizmat qilgan. zamonaviy samolyotlar uchun chizmalar sifatida. Bu xususiyatlar diqqat bilan o'rganiladi va olimlar ularni takrorlashga intilishadi.

Samolyot dizaynerlari qush qanotining egri yuzasiga taqlid qilish uchun qanotlarni shakllantiradi, bu esa ko'tarish uchun qanot ustidagi va ostidagi havo bosimining farqini yaratadi. Samolyotning dum qismidagi rullar muvozanat va yo‘nalishni boshqarish uchun qush dumi patlarini taqlid qiladi. Tabiiy dizayn tamoyillarini qo'llagan holda, olimlar havodan og'irroq, osmonda harakatlana oladigan mashinani yaratdilar. Savdo samolyotlaridan tashqari, g'ozlar kabi qushlarning V shaklidagi shakllanishi ham o'rganilgan.

V shaklidagi shakllanish oldingi qushdan yuqoriga ko'tarilgan oqimni ushlash orqali energiyani tejashga yordam beradi va orqadagi qushning havoda turishi uchun zarur bo'lgan energiya miqdorini kamaytiradi. Harbiy otryadlar energiya samaradorligini oshirish uchun ushbu printsipni qo'llaydi.

O'qilishi: Bugunga e'tibor berish kerak bo'lgan kelajakning 8 ta eng yaxshi harbiy texnologiyalari

Velcro

Shveytsariyalik muhandis Jorj de Mestral 1941 yilda o'rmon bo'ylab sayrdan qaytgach va uning kiyimi va itining mo'ynasiga yopishib qolgan dulavratotu o'simliklarining burmalarini ko'rib, Velcro ni ixtiro qildi. Ularni mikroskop ostida ko'rib chiqqach, de Mestral burmalarning urug'larida mayda ilgaklar borligini ko'rdi, bu ularning kiyim va mo'ynaga yopishib qolishiga olib keldi.

De Mestral ilgak dizaynidan ilhomlanib, ikki qismdan tashkil topgan Velcro tizimini yaratdi. Bir tomonida mayda ilgaklar, ikkinchi tomonida esa kichik ilmoqlar bor edi. Ikkala tomon bir-biriga bosilganda, ilgaklar ilgaklarga yopishib, mustahkam bog'lanish hosil qiladi. Biroq, ulanish ushlab turish uchun etarlicha kuchli bo'lishi uchun mo'ljallangan, lekin etarli miqdorda kuch bilan ajratish uchun etarlicha oson.

Bugungi kunda Velcro kiyim-kechak va sumkalardan tibbiy bandajlar va kabel organizatorlarigacha bo'lgan keng turdagi buyumlarda qo'llaniladi. Aslida, NASA shuningdek, nol tortishish sharoitida ob'ektlarni himoya qilish uchun Velcro ishlatilgan. Oddiy, ammo samarali urug'larni tarqatish dizaynidan ilhomlangan Velcro kundalik hayotda hamma joyda mavjud elementga aylandi. U tugmalar va fermuarlarga muqobil bo'lib xizmat qiladi, foydalanish qulayligi, qayta foydalanish va samaradorlik kabi afzalliklarni taqdim etadi.

O'qilishi: Kelajakdagi yo'lovchi poyezdlari qanday ko'rinishga ega bo'ladi

Termitlar

Termit tepaliklari termitlar tomonidan boshpana berish va ularning koloniyasi uchun yashash muhitini tartibga solish uchun yaratilgan ajoyib tuzilmadir. Tuproq, chaynalgan yog'och, axloqsizlik va so'lakdan yasalgan bu tepaliklar er osti tunnellari va kameralari bilan bog'langan tutunga o'xshash markaziy shamollatish inshootiga ega. Ushbu dizayn er osti hududlarida optimal muhitni saqlashga yordam beradi.

Issiq havo markaziy tuzilish orqali ko'tarilib, sovuq havoning pastki teshiklardan kirishiga imkon beradi. Bu tashqi sharoitlardan qat'i nazar, tepaliklar ichidagi muhitning saqlanishini ta'minlaydi. Dizayn, shuningdek, ventilyatsiya va gaz almashinuvini ham osonlashtiradi. Ushbu tuzilmalar balandligi 9 metrgacha yetishi va o'nlab yillar davomida turishi mumkin, bu ularning chidamliligini namoyish etadi.

Termit tepaliklaridan ilhomlanib, me'morlar ushbu tuzilishga taqlid qiladigan binolarni loyihalashtirdilar. Eng mashhur misollardan biri Zimbabvedagi Eastgate markazidir. Mayk Pirs tomonidan ishlab chiqilgan Eastgate markazi issiq iqlimda yo'lovchilar uchun boshqariladigan iqlimni saqlab qolish va sovutish uchun energiya sarfini kamaytirishga qaratilgan.

O'qilishi: Nima uchun kriptovalyutalar Tramp g‘alabasidan keyin ko‘tarilmoqda: tushuntirildi

O'z-o'zidan tozalanadigan yuzalar

Lotus suvda bo'lishiga qaramay, barglarining ultrahidrofobikligi tufayli lotus toza bo'lib qoladi. Mum bilan qoplangan mayda bo'g'inlar lotus bargining yuzasini qoplaydi, buning natijasida suv tomchilari dumalab, ular bilan axloqsizlik va qoldiqlarni olib yuradi. Barg yuzasidagi nanostrukturalar (bu mayda bo‘rtiqlar) suv tomchilarining yopishishini pasaytirib, ularga chang zarralarini olish imkonini beradi. Ushbu hodisa "lotus effekti" deb nomlanadi, bu atama birinchi marta 1977 yilda Barthlott va Ehler tomonidan kiritilgan va lotus bargining o'zini o'zi tozalash xususiyatlarini tasvirlagan.

O'shandan beri olimlar o'z-o'zini tozalaydigan lotus barglaridan ilhomlangan qoplamalarni o'rganishdi. Amerika kompaniyasi Sto Corp. lotus effektidan ilhomlangan bo'yoqni ishlab chiqdi, u axloqsizlik va kirni qaytaradi.

O'z-o'zini tozalaydigan bo'yoqlar, matolar va qoplamalardan tashqari, bu usul quyosh issiqlik kollektorlari, harakatni boshqarish sensorlari va tentlar uchun materiallarni ishlab chiqishda ham qo'llaniladi.

O'qilishi: Kelajakdagi yo'lovchi samolyotlari qanday ko'rinishga ega bo'ladi

Yaponiya tezyurar poyezdlari

Qirol baliqchilar juda chaqqon va tez qushlar bo'lib, uni ushlash uchun o'z o'ljalariga suqadilar. Ular qo'lga tushmaslik uchun jimgina, ayniqsa suv havzalari yaqiniga yaqinlashadilar. Qirol baliq tumshug'ining o'ziga xos dizayni unga shunday afzallik beradi. U tor, uzun va o'tkir tumshug'iga ega bo'lib, diametri uchidan poydevorgacha o'sib boradi. Ushbu dizayn suvga urilganda hosil bo'lgan bosimni taqsimlashga yordam beradi, chayqalish shovqinini kamaytiradi va samarali, sokin va barqaror sho'ng'inni ta'minlaydi.

Shinkansen tezyurar poyezdini ishlab chiqqan yapon muhandislari dastlab poyezdning old qismida hosil bo‘lgan atmosfera bosimidan kelib chiqqan baland tunnel bumi muammosiga duch kelishdi.

Ushbu muammoni hal qilish uchun muhandislar qirol baliqlarining tumshug'i dizaynini ko'rib chiqdilar. Ular tumshuq shakliga taqlid qilish uchun poyezdning old qismini qayta ishlab chiqdilar, tunnel bumini yo‘q qildilar. Ushbu dizayn, shuningdek, poyezdning 10% tezroq harakatlanishiga va 15% kamroq elektr energiyasini iste'mol qilishga imkon berdi.

O'qilishi: Europa Clipper: eng katta kosmik kemaning uchirilishidan oldin bilishingiz kerak bo'lgan hamma narsa

Akula terisidan ilhomlangan innovatsiyalar

Akulalar tezligi va suv ostida suzish tajribasi bilan mashhur. Olimlar turli xil ilovalar, jumladan, mayo va antibakterial qoplamalar yasash uchun akulaning terisini takrorlashga uringanlari ajablanarli emas. Akula terisi teri dentikulalari deb ataladigan mayda, tishga o'xshash tuzilmalardan iborat bo'lib, ular bir yo'nalishda silliq va boshqa tomondan tishli. Ushbu teri tishlari ikkita funktsiyani bajaradi: ular himoya zirh vazifasini bajaradi va suv orqali harakatni kuchaytiradi.

Atama teri tishlari akulalar uchun kuchli vosita ekanligini isbotladi. Tishli qirralari bilan suv oqimini buzgan holda, dermal dentikulalar suv bo'ylab harakatlanayotganda akulaning tortilishini kamaytiradi, bu uning tez, samarali va jim suzishiga imkon beradi. Bu tuzilmalar, shuningdek, mikroorganizmlarning akula terisiga yopishishini ham oldini oladi. Teri yuzasi bo'ylab mayda tizmalar istalmagan avtostopchilarni bepul sayohat qilishdan to'xtatadi.

Ushbu noyob sirtdan ilhomlangan olimlar, ularning ish faoliyatini yaxshilash uchun uni mayolar uchun takrorladilar. Ushbu suzish kiyimlari Olimpiya o'yinlarida shunchalik muvaffaqiyatli bo'ldiki, ulardan biri Speedo LZR Racer Xalqaro suzish federatsiyasi tomonidan taqiqlangan.

Biroq, ba'zi tadqiqotchilarning ta'kidlashicha, akulalar terisidan ilhomlangan suzish kostyumlari uni kamaytirish o'rniga tortishish kuchini oshiradi. Akula tanasi odamnikiga qaraganda ancha moslashuvchan, shuning uchun teri tishlari qarshilikni kamaytirishga yordam beradi. Mayolar akula terisini kuzatish orqali ishlab chiqilgan bo'lsa-da, ularning muvaffaqiyati akulaning gidrodinamik afzalliklarining to'g'ridan-to'g'ri takrorlanishi emas, balki sinov va xato jarayonining yon mahsuloti bo'lishi mumkin.

Kasalxona devorlariga qo'llaniladigan plastmassa plitalar kabi tibbiy texnologiyalarni ishlab chiqish uchun akula terisi ham o'rganildi. Ushbu choyshablar bakteriyalar va boshqa zararli mikroorganizmlarning tarqalishini oldini olishga yordam beradi, chunki ular devorlarga yopishib olishmaydi.

O'qilishi: End-to-end shifrlash: bu nima va u qanday ishlaydi

Asal chuqurchalari tuzilmalari

Kirish qismida aytib o'tilganidek, asalarilar tomonidan ishlatiladigan chuqurchalar tuzilishi juda samarali geometrik shakldir. Asalarilarning olti burchakli shaklni tanlashining sababi Charlz Darvin davridan beri ilmiy qiziqish mavzusi bo'lib, u bu shakl mum ishlab chiqarish jarayonini optimallashtirish uchun moslashtirilgan deb taxmin qilgan. Ushbu shakl eng kam miqdorda mum ishlatganda mavjud saqlash joyini maksimal darajada oshiradi.

1999 yilda amerikalik matematik Tomas Xeyls olti burchakli perimetr maydonini minimallashtirishini va eng kam miqdordagi materialdan foydalangan holda bo'sh joyni maksimal darajada oshirishini isbotladi. Bu "asal uyasi taxmini" deb nomlanadi. Mumni saqlashdan tashqari, olti burchakli hujayralar ham lichinkalarni himoya qiladi va ushlab turadi, bu mumning issiq iqlim sharoitida erimasligini ta'minlaydi.

Asalarilardan ilhomlangan olimlar samolyot oynalarida, qurilish materiallarida va shamol turbinasi pichoqlarida geometriyani qo'llaydilar. Dizayn resurs samaradorligiga, og'irlik va moddiy xarajatlarni kamaytirishga qaratilgan.

Xususan, Jeyms Uebb kosmik teleskopining (JWST) oynalari chuqurchalar shaklida joylashtirilgan 18 ta olti burchakli segmentlardan iborat. Ushbu geometriya yorug'likni olish uchun sirt maydonini maksimal darajada oshiradi, shu bilan birga tizimli yaxlitlikni saqlaydi va kosmik missiyalar uchun juda muhim bo'lgan og'irlikni kamaytiradi.

Bu biomimikriya va tabiatning samarali dizayn va innovatsiyalarni qanday ilhomlantirayotganiga bir nechta misollar. Ushbu ro'yxat to'liq emas va faqat tabiatning o'z tuzilmalari va jarayonlarida qilgan yaxshilanishlariga to'xtalib o'tadi. Bugungi kunda olimlar mavjud texnologiyalarni yaxshilash uchun ko'plab tabiiy tizimlar va jarayonlarni o'rganmoqdalar.

Tabiat nafaqat tabiiy dunyoga foyda keltiruvchi, balki odamlarni ilhom olishi mumkin bo'lgan innovatsiyalarni yaratishga ilhomlantirib, o'z tizimlarini rivojlantirish va optimallashtirishda davom etmoqda.

Agar siz aviatsiya va kosmik texnologiyalar haqidagi maqola va yangiliklarga qiziqsangiz, sizni yangi loyihamizga taklif qilamiz AERONAUT.media.

O'qilishi:

• Dunyoni yo'q qilishi mumkin bo'lgan 6 ta qit'alararo ballistik raketalar (ICBM).
• Velosipedni qanday tanlash mumkin: yangi boshlanuvchilar uchun qo'llanma va