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10 modi di Incredible Ways Nature Beat Us in Technology
Noi esseri umani abbiamo gestito alcune incredibili realizzazioni: grattacieli, viaggi nello spazio, immersioni in acque profonde e Dilbert fumetti, tra le altre cose. Tuttavia, per quanto intelligenti, abbiamo ancora molto da imparare dai nostri simili terrestri. Piante e animali dimostrano incredibili imprese ingegneristiche in ogni momento.
La biomimetica è l'atto di modellare strutture, materiali e sistemi dopo unità e processi biologici. Vi abbiamo già parlato di tecnologie che imitano le caratteristiche degli animali. Ecco altri dieci esempi di come la natura ci ha istruito sulla creazione di tecnologie avanzate.
10 Sharkskin And Air Travel
C'è una ragione per cui gli squali sono stati oggetto di così tante storie terrificanti; sono alcuni dei predatori più efficienti trovati in natura. Questi cacciatori devono ringraziare la loro pelle ottimizzata per l'acqua per aiutarli a raggiungere le loro massime velocità. La superficie di squalo è costituita da piccoli "denti" chiamati dentini dermici. Questi dentini dermici (noti anche come scale placoidi) hanno scanalature che convogliano l'acqua, riducendo quindi la resistenza.
Il design ideale di sharkskin è stato la fonte di numerosi momenti "Aha" tra gli inventori. Una brillante applicazione proviene da tre scienziati della Fraunhofer Society, un'organizzazione di ricerca tedesca. Hanno sviluppato una vernice speciale dopo aver studiato da vicino lo sharkkin. Questa vernice, se applicata a uno speciale stencil e applicata alla superficie degli aeroplani, raggiunge la struttura di pelle di squalo e riduce la resistenza. I ricercatori sostengono che se questa vernice fosse applicata a tutti gli aerei del pianeta, risparmierebbe fino a 4,48 milioni di tonnellate di carburante all'anno.
9 scuole di pesce e parchi eolici
È piuttosto affascinante vedere una scuola di pesci nuotare in sincrono attraverso il mare. Sembrano tenere il passo l'uno con l'altro, qualunque cosa, anche quando si fanno svolte improvvise. Una teoria dietro questo comportamento è che i pesci in una scuola possono allontanarsi dai modelli di flusso dei pesci circostanti. Essenzialmente, la scuola agisce come una tecnica di risparmio energetico.
Un team di Caltech, guidato dal professor John Dabiri, ha progettato turbine eoliche verticali che funzionano in modo simile. Quando sono raggruppati, diventano più efficienti dal punto di vista energetico utilizzando la corrente d'aria generata dalle turbine vicine. Il risultato è una serie di turbine eoliche che possono superare i mulini a vento convenzionali. Questi risultati sono stati sostenuti da studi analoghi condotti da Stanford, Johns Hopkins University e l'Università del Delaware.
8 balene megattere e pale di turbina
La natura ha ancora di più da insegnarci sull'efficienza dell'energia eolica, come dimostrato dalla megattera. Sia la megattera che le turbine eoliche traggono vantaggio riducendo la quantità di resistenza sulla loro superficie. Il gigante gentile raggiunge questo grazie alle protuberanze lungo le sue pinne, chiamate tubercoli. I tubercoli permettono alla balena di manovrare con una resistenza minima, necessaria quando si cerca cibo.
Naturalmente, il design si trasferisce bene alle turbine eoliche. Il professor Frank Fish della West Chester University ha lavorato con una squadra per progettare una lama di turbina con tubercoli. Il design risultante ha funzionato così bene che potrebbe persino raccogliere vento nelle aree a bassa velocità del vento. Fish è il presidente di una operazione con sede in Canada, Whalepower, dedicata al miglioramento dei progetti di turbine e ventole in base ai risultati del suo team.
7 Geckos e Power Adhesive
Ammettilo: ad un certo punto della tua vita, sei stato un po 'geloso che i gechi possano arrampicarsi senza sforzo sui muri. Il mistero della lucertola che si arrampica sulle pareti ha perplesso gli osservatori per millenni. È stato finalmente risolto nel 2002, quando i ricercatori hanno scoperto milioni di minuscoli peli sui piedi del geco chiamati setae. Le setole aiutano a produrre forze elettrostatiche deboli a corto raggio chiamate forze di van der Waal.
Mentre ci sono state molte applicazioni proposte per questa prodezza della natura, una in particolare ha avuto successo a pieno titolo: un prodotto chiamato Geckskin. Tre intraprendenti laureati dell'università del Massachusetts, Amherst, hanno creato questo adesivo super riutilizzabile ispirato alla meccanica dei piedi geco. Il materiale appiccicoso può contenere fino a 317 chilogrammi (700 libbre) su una parete liscia. Dal suo debutto, Geckskin ha vinto riconoscimenti da organizzazioni e agenzie di stampa tra cui CNN, Bloomberg e Il guardiano (l'ultimo dei quali si riferiva ad esso come "carta moschicida per elefanti").
6 pipistrelli e SmartCanes
I pipistrelli sono famosi per la loro prodezza notturna, che deriva dalla loro capacità unica di distinguere gli oggetti nel buio usando l'ecolocalizzazione. Emettono alte frequenze sonar che rimbalzano su oggetti che la creatura potrebbe potenzialmente scontrarsi mentre vola.
Un gruppo di ricerca presso l'Indian Institute of Technology di Delhi, in India, ha preso spunto dai pipistrelli per rivoluzionare la canna bianca standard utilizzata dai ciechi. Attraverso la loro ricerca, hanno creato SmartCane. Il dispositivo emette un segnale simile ai pipistrelli per rilevare oggetti potenzialmente pericolosi. Il dispositivo si attacca a un bastone bianco standard. Quando le onde ritornano al dispositivo, vibra per far sapere all'utente di evitare un oggetto nel suo percorso.
Sebbene esistano già tecnologie simili, come l'Ultracane, ampiamente disponibile, gli sviluppatori di SmartCane hanno voluto creare un prodotto che non sia solo utile ma alla portata di tutti. Il SmartCane vendite al dettaglio a circa $ 50, rispetto al $ 1.000 Ultracane.
5 coleotteri e raccolta dell'acqua
Progettare metodi efficaci per raccogliere l'acqua è stata una delle più grandi sfide dell'era moderna. L'acqua è una risorsa così preziosa che è difficile credere che qualsiasi creatura possa semplicemente tirarla fuori dal nulla. comunque, il Stenocara gracilipes beetle può fare proprio questo.
Questo coleottero è originario del deserto Namib costiero dell'Africa sudoccidentale, uno dei luoghi più caldi e accoglienti della Terra. Quando il vento spazza la nebbia dall'oceano, le gocce d'acqua si raccolgono lungo una serie di protuberanze di vetro lungo la schiena dello scarafaggio. Le gocce poi scendono piccoli canali alla bocca dello scarafaggio. Questo processo è cruciale per la sopravvivenza degli insetti, poiché la nebbia rotola solo circa sei volte al mese.
Ci sono stati diversi tentativi da parte dei ricercatori di replicare questa utile abilità. Per esempio, gli scienziati del Ministero della Difesa britannico hanno condotto una ricerca nel 2001 sulla creazione di tende e tegole del tetto in grado di raccogliere acqua nelle regioni aride. Anche una compagnia chiamata NBD Nano è stata ispirata dallo scarabeo. Fondato da quattro laureati in biologia, chimica organica e ingegneria meccanica, l'obiettivo della società è quello di produrre una bottiglia d'acqua auto-riempitiva basata sul guscio del coleottero. A partire dal 2012, stavano producendo un prototipo per andare sul mercato.
4 spugne di mare e pannelli solari
A prima vista, la spugna arancione puffball potrebbe non sembrare molto. Cos'altro potrebbe usarlo per, oltre a un accessorio per la doccia alla moda? Si scopre che questi semplici invertebrati hanno una capacità speciale di raccogliere il silicio dall'acqua di mare e usarlo per costruire i loro corpi spugnosi. Questo processo potrebbe potenzialmente fornire un modo per costruire pannelli solari più economici e più eco-compatibili.
Generalmente i produttori creano pannelli solari depositando sostanze chimiche su una superficie inerte per creare uno strato sottile e cristallino. Lo strato agisce come un semiconduttore che genera una corrente elettrica quando la luce del sole lo colpisce. Questo processo ad alta temperatura ea bassa pressione è ad alta intensità energetica e quindi costoso.
Il ricercatore Daniel Morse e il suo team all'Università della California, Santa Barbara, hanno escogitato un modo per imitare la capacità della spugna di palloncino arancione di produrre silicio senza utilizzare alte temperature e bassa pressione. La spugna esegue questa prodezza grazie a un enzima chiamato silicateina, che aiuta a convertire l'acido silicico in acqua di mare in punte di silice.
Usando nitrato di zinco liquido invece di acqua di mare e ammoniaca invece di silicateina, il team è stato in grado di replicare il processo della spugna marina e applicarlo alle celle solari. Il processo richiede un ulteriore sviluppo, ma è un modo promettente per rendere l'energia solare più accessibile a tutti.
3 vespe e trapani spaziali in legno
Gli strumenti creati per l'uso nello spazio hanno in genere gli stessi problemi: sono ingombranti, funzionano lentamente e assorbono grandi quantità di energia. Il trapano spaziale non fa eccezione. Ancora più problematico, il movimento dei trapani in stile terrestre può farli fluttuare via in un ambiente a bassa gravità.
Entra nella grande vespa di legno. Conosciuta anche come la vespa cornuta, le femmine di questa specie sfoggiano un ovopositore, una struttura a tubo appuntita utilizzata per deporre le uova, sul retro dei loro corpi. Depone le uova trovando un albero adatto, guidando l'ovopositore nel bagagliaio, e depositando le uova nel bagagliaio. L'intero processo non la ferisce affatto, il che è impressionante, dato che questo piccolo insetto sta fondamentalmente guidando il suo corpo in legno solido.
Nel 2006, un team di quattro scienziati dell'Università di Bath nel Regno Unito ha pubblicato un documento che proponeva un'esercitazione spaziale modellata sulla vespa di legno femminile. Questo trapano sarebbe abbastanza potente da perforare la roccia solida usando lo stesso design dell'ovopositore. Julian Vincent, il professore di biomimetica del team, ha affermato che la parte più difficile è stata quella di convincere le agenzie spaziali ad accettare il nuovo design. Dice che gli ingegneri spaziali di solito non amano usare le nuove tecnologie se quella attuale funziona ancora.
2 farfalle e schermi antiabbagliamento
Le farfalle sono molto brave a ispirare la tecnologia visiva, quindi non sorprende che il segreto dell'eliminazione dell'abbagliamento dello schermo del telefono cellulare potrebbe anche provenire da queste adorabili creature. Nel 2015, i ricercatori tedeschi dell'Istituto di tecnologia di Karlsruhe hanno fatto una scoperta sorprendente: la presenza di strutture nanoscopiche di forma irregolare sulle ali della farfalla glasswing elimina la maggior parte della luce riflessa. Le loro scoperte sono state pubblicate sulla rivista Comunicazioni della natura.
La ricerca su come applicare questa tecnologia agli schermi dei dispositivi mobili è ancora in corso. In caso di successo, puoi baciare faticosamente per leggere il telefono all'addio.
1 termiti e edifici verdi
Una straordinaria prodezza della natura che si trova in tutta l'Africa è il potente tumulo di termiti. Costruite interamente di terra, queste strutture possono essere sorprendentemente alte e ospitare enormi colonie di termiti. Non solo, ma hanno anche un metodo molto efficace per la regolazione della temperatura e della ventilazione. Per uno, i tumuli di solito sono costruiti con un orientamento nord-sud. Ciò consente al tumulo di assorbire calore alla sua base quando il Sole è basso e di evitare troppa esposizione al calore durante la parte più calda della giornata. Le termiti aprono e chiudono una serie di prese d'aria all'interno del tumulo per regolare l'aria calda che sale attraverso la base della struttura. Fantastico, vero?
Gli ingegneri di tutto il mondo hanno preso nota delle capacità di progettazione delle termiti e le hanno adattate per uso umano. L'Eastgate Centre di Harare, nello Zimbabwe, il più grande complesso di negozi e uffici del paese, è stato costruito su principi di architettura verde ispirati ai termitai. Questo edificio non ha sistemi di riscaldamento o raffreddamento convenzionali, ma utilizza un sistema passivo composto da ventole e prese d'aria per regolare le temperature tutto l'anno. È stato progettato dall'architetto locale Mick Pierce, che ha anche progettato un edificio simile a Melbourne, in Australia.