Biomimicry: Wie die Natur die heutige Technologie inspiriert hat

Technologie und Natur wurden traditionell als divergierende Kräfte betrachtet - Technologie war oft ein Mittel, um Objekte oder Energien zu erschaffen, die in unserer Umgebung nicht natürlich vorkommen. Neue Ansätze zur Produkt- und Technologieentwicklung wie Biomimikry und generatives Design haben jedoch begonnen, diesen Trend umzukehren.

Generatives Design ist der Prozess, den Rahmen einer Idee zu übernehmen und in ein Regelwerk zu übersetzen, das dann von einem leistungsfähigen Computer interpretiert wird. Durch die Simulation von Tausenden von Variationen mit Hochleistungsrechnern imitiert dieser Prozess den natürlichen Evolutionsprozess .

Jeff Kowalski, Chief Technology Officer bei Autodesk, beschreibt den generativen Designprozess: "Machine-Learning-Algorithmen in Computern können nun Muster erkennen, die Millionen von 3D-Modellen innewohnen und Taxonomien ohne Anleitung oder Intervention durch Menschen erzeugen." Biomimicry ist "ein Ansatz für Innovation das nach nachhaltigen Lösungen für menschliche Herausforderungen sucht, indem es die bewährten Muster und Strategien der Natur nachahmt . "

Im Folgenden untersuchen wir 10 epische Beispiele für naturinspirierte Technologien, die diese Konzepte von Biomimikry und / oder generativem Design nutzen.

1. Drogen und Impfstoffe - Seeigel

Australische Forscher haben die Art und Weise wiederholt, in der Seeigel eine harte äußere Hülle um sich selbst bilden, um die Arzneimittel- und Impfstoffproteine ​​vor Veränderungen der Umgebungstemperatur zu schützen.

Dieser chemische Prozess der Erzeugung einer Schutzschicht ist besonders nützlich für Anwendungen wie Arzneimittel, die in Länder mit schlechten Transport- oder Kühlsystemen verteilt werden.

2. Nationales Wasserzentrum, Peking - Blasenstruktur

Das ikonische Schwimm- und Tauchzentrum der Olympischen Sommerspiele 2008 in China bietet ein einzigartiges Äußeres, das aus Hunderten von extrudierten Blasen in einem scheinbar zufälligen Muster besteht.

Dieses Muster von Blasen ist jedoch nicht zufällig, es basiert stattdessen auf der genauen Geometrie, die in natürlichen Systemen wie Zellen, Molekülstrukturen und Kristallen gefunden wird. Das Replizieren der vorhandenen Muster der Natur führt zu der effektivsten Unterteilung des dreidimensionalen Abstands.

3. Singapore Esplanade Theater - Die Durian

Die Esplanade Theatres in Singapur befinden sich fast am Äquator in einem sehr heißen Klima und verfügen über ein wirklich einzigartiges Glasdach-Design, das von der lokalen Durian-Frucht inspiriert wurde.

Ein System von Hunderten von dreieckigen Aluminiumpaneelen ist auf der Sonnenrichtung ausgerichtet und schützt den Komplex vor Hitze und direktem Sonnenlicht, während das Innere immer noch mit natürlichem Licht überflutet wird.

4. Wasser Mixer - Calla Lillies

Die Zentripetalspiralen der Calla-Lilie dienten als Inspiration für die von Pax Scientific entwickelte industrielle Wassermischtechnologie. Das natürliche Design der Lilie ist ideal für ihre Fähigkeit, den Wasserfluss zu unterstützen.

Die entsprechende Mischertechnologie verfügt über die Fähigkeit, "10 Millionen Gallonen mit der gleichen Energiebilanz zu zirkulieren wie drei 100-Watt-Glühbirnen."

5. Turbinen - Walflosse

Die Flossen der Buckelwale weisen holprige, unregelmäßig aussehende Ränder auf, die als Tuberkel bekannt sind. Es wurde nachgewiesen, dass Tuberkel eine viel größere Fluiddynamik als glattkantige Flossen ermöglichen.

Inspiriert von den unregelmäßig geformten Flossen dieser Riesenwale, haben Unternehmen wie WhalePower und andere "Tubercle" -Klingen für den Einsatz in Lüftern und Turbinen entwickelt, die mit wesentlich höherer Effizienz als herkömmliche Rotorblätter arbeiten.

6. Badeanzüge - Haifischhaut

Die Haut eines Hais besteht aus Tausenden und Abertausenden von sich überlappenden Schuppen, die als "Dermal Denticles" bekannt sind. Diese Zähnchen stören die Bildung turbulenter Wasserwirbel und ermöglichen dem Hai, sich effizienter und schneller durch das Wasser zu bewegen.

Bei den Olympischen Spielen 2008 trugen Michael Phelps und andere Schwimmer bekanntermaßen Anzüge mit einem Stoff, der die Haut eines Hais nachahmt und anschließend viele bestehende Weltrekorde in den Schatten stellte. Obwohl solche Anzüge jetzt in Schwimmwettbewerben verboten sind, wird heute die Idee, die Zähnchen eines Hais nachzuahmen, auf Bootsrümpfen verwendet, um die Effizienz zu verbessern.

7. Bio-Batterien - der menschliche Körper

Der menschliche Körper erzeugt Energie durch die chemische Reaktion, die als Stoffwechsel bekannt ist. Wenn eine Person Kohlenhydrate oder Zucker konsumiert, bauen die Enzyme im Körper die Glukose ab und setzen Energie frei. Wissenschaftler arbeiten jetzt daran, Batterien herzustellen, die mit organischen Verbindungen wie Zucker betrieben werden, um Energie zu erzeugen: eine Bio-Batterie.

Forscher an mehreren Universitäten sowie bei Unternehmen wie Sony arbeiten seit fast zehn Jahren daran, eine kommerziell lebensfähige Bio-Batterie zu entwickeln. Im Jahr 2007 entwickelte Sony erfolgreich einen Prototypen für eine Biobatterie, bei dem Enzyme verwendet wurden, um eine ausreichende Energie (50 mW) für den Betrieb eines Walkman zu erzeugen.

8. Synthetisches Material - GM Spinnenseide

Die Seide, die von Spinnen geschaffen wird, um ihre Netze zu weben, ist ein natürlich vorkommendes Supermaterial. Da Spinnen territorial und kannibalistisch sind, war das "Ernten" von Spinnenseide niemals wirtschaftlich rentabel, und selbst wenn sie einmal erhalten sind, sind die einzelnen Fäden aus Spinnenseide so fein, dass ganze neue Spinnsysteme geschaffen werden müssten, um die Fäden zu weben zusammen.

Allerdings hat ein in Emeryville, Kalifornien ansässiges Start-up namens Bolt Threads die Herausforderung angeblich gelöst, indem es gentechnisch veränderte Mikroorganismen verwendet. Wenn sich die Technologie als rentabel erweist, könnten mögliche Anwendungsfälle "kugelsichere Westen, biologisch abbaubare Wasserflaschen und flexible Brückenaufhängungsseile" sein.

9. Wasserdichte Materialien - Schmetterlingsflügel

Im Jahr 2013 entwickelte ein Team von MIT-Ingenieuren das Material, das als das wasserabstoßendste Material aller Zeiten beschrieben wurde. Ihr Design besteht aus einem Material mit winzigen Silikonkämmen, die die Muster auf den Flügeln des Morpho-Schmetterlings nachahmen.

Das Material ist so effektiv, dass Wasser bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt schneller von der Oberfläche abprallt, als es gefrieren könnte. Dies deutet auf mögliche Anwendungen für die Technologie an Flugzeugflügeln und Turbinen neben wasserbeständiger Kleidung hin.

10. Klebeband - Gecko Toes

Die Füße eines Geckos sind außergewöhnlich klebrig aufgrund ihrer "langen, dünnen, spatelförmigen Strukturen, die als Stacheln bezeichnet werden, die die Oberfläche vergrößern und schwache elektrische Anziehungskräfte zwischen den Zehen und einer Oberfläche verstärken."

Eine Gruppe von Forschern an der Stanford University hat kürzlich ein künstliches Haftmaterial entwickelt, das auf der Grundlage dieser Konzepte erfolgreich einem Studenten ermöglichte, eine Glaswand mit zwei handgroßen Pads aus dem Material zu skalieren. Abgesehen von Kletterwänden wie Spiderman hat die Technologie potentielle Anwendungen in der Fertigungsindustrie, die bestehende Systeme, die Saugkraft oder chemische Klebstoffe verwenden, ersetzen würde.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Beitrag wurde von Andrew Armstrong für Hongkiat.com geschrieben. Andrew ist Technologie-Enthusiast und digitaler Marketing-Berater in der San Francisco Bay Area. Er lebt mit seiner Frau und seinem kleinen Sohn in San Mateo, Kalifornien. Sie können ihn auf Twitter erreichen.

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