Ensimmäinen asia, jonka huomaat entomologisten kokoelmien osastolla, Lepidoptera-divisioonalla, Smithsonianin luonnonhistoriallisessa museossa, on heikko, vaikeasti tuttu haju. Naftaliinin. Ajattelin lyhyesti koiripallien kosmista ironiaa huoneessa, joka on täynnä koita (ja perhosia, koiden perimää, joka on kehittynyt lentämään päivän aikana) ennen kuin käännyin tutkimuksen entomologin Bob Robbinsin puoleen. "On monia hyönteisiä, jotka syövät kuivattuja hyönteisiä", hän sanoi, "joten perinteisesti pidit nämä tuholaiset käyttämällä naftaleenia tai koiripalleja."
Tästä tarinasta
[×] SULJE
Tutkijoiden mielestä morfosperhosen värikkäitä siipiä voitaisiin käyttää tekniikassa hyödyksi ihmisille
Video: Kuinka Butterfly Wings inspiroi innovaatioita
Asiaan liittyvä sisältö
- Tämä kotilo-inspiroima materiaali voi tehdä kypärät ja vartalohaarukka turvallisemmaksi
- Ilma-aluksen suunnittelu, jota luonto on inspiroinut ja Tech
- Tutkijat luovat matoja muistuttavan robotin, joka voi tuumaa maahan
- Kun eläimet inspiroivat keksintöjä
- Kuinka luonto tekee meistä fiksumpia
Koilapallot on lakkautettu (uusien yksilöiden jäädyttämisen tuholaisten tuhoamisen puolesta), mutta jatkuva haju, samoin kuin loputtomat hyönteisten laatikot, jotka on kiinnitetty lasin alle ja varustettu huolellisesti peräkkäin teräskaappien riviltä taksonomisen jälkipolven jälkeen, vain lisää ikäntunnetta kuoritussa kammiossa. Aika näyttää pysyvän samalla paikalla kuin miljoonat näytteet.
Mutta huokoset noiden laatikoiden läpi, tarkalleen etäisyydellä sijaitsevien nieleväkärkien ja auringonlaskujen koiden kautta, ja alkaa muodostua erilainen idea: Tämä ei ole lepotilassa oleva varasto, vaan laboratorio, joka tutkii poikkeuksellisen menestyvää yritystä. Noin 150 miljoonan vuoden aikana nämä ”tuotteet” on valmistettu häikäilemättä prototyypeiksi, markkinoilla testattu, päivitetty, parannettu ja muuten tehty uutta ja parannettua ympäröivän maailman muuttuessa. Jokainen näistä hauraista näytteistä on innovaatiopaketti, joka odottaa ymmärtämistä ja mukauttamista.
Tämä on ajatus yhä vaikutusvaltaisemmasta biomimikriikan kurinalaisuudesta: että meillä ihmisillä, jotka olemme yrittäneet tehdä asioita vain evoluution silmän välähdyksellä, on paljon opittavaa luonnollisen valinnan pitkistä prosesseista riippumatta siitä, miten tehdä siipistä aerodynaamisempi tai kaupunki joustavampi tai elektroninen näyttö eloisampi. Yli kymmenen vuotta sitten MIT-luokka nimeltään Mark Miles hiipasi mikroelektromekaanisen ja materiaalinkäsittelyn alalla. Kun hän kirjoitti hakua tiedelehden kautta, hänet pysäytti artikkeli siitä, kuinka perhoset tuottavat väriä niiden siipissä. Esimerkiksi erilaisten Morpho-lajien loistava sinisenvihreä sininen ei tule pigmentistä, vaan ”rakenneväreistä”. Niissä siipissä on nanosuuntainen kokoonpano viistettyjä levyjä, joiden muoto ja etäisyys toisistaan on järjestetty tarkkaan kuvioon, joka häiritsee heijastavat valon aallonpituudet tuottamaan loistavan sinisen. Saman sinisen luominen pigmentistä vaatisi paljon enemmän energiaa - energiaa, jota käytetään paremmin lentämiseen, ruokintaan ja lisääntymiseen.
Miles mietti, voitaisiinko tätä kykyä jollain tavalla hyödyntää. Missä muualla ehkä haluat uskomattoman eloisia värejä ohuessa pakkauksessa? Tietysti: elektronisen laitteen näytössä. Qualcomm, joka osti Milesin perustaman yrityksen kehittämään tekniikkaa, käytti sitä Mirasolin näytöllään. "Hyödynnämme optisten häiriöiden ilmiöitä", sanoo Qiancommin tuotehallinnan vanhempi johtaja Brian Gally. Lasipinnan alla varitsee laaja joukko interferometrisiä modulaattoreita, olennaisesti mikroskooppisia (neliö 10-50 mikronia) peilejä, jotka liikkuvat ylös ja alas mikrosekunnissa oikean värin luomiseksi.
Kuten perhonen siipi, "näyttö ottaa valkoista ympäröivää valoa ympärillämme, valkoista valoa tai auringonvaloa ja häiriöiden kautta lähettää meille värikuvan", Gally sanoo. Toisin kuin perinteiset LCD-näytöt, Mirasolin ei tarvitse tuottaa omaa valoa. “Näytön kirkkaus skaalautuu automaattisesti vain ympäröivään valoon.” Seurauksena on, että Mirasol kuluttaa kymmenesosan nestekidenäytön lukemasta. Qualcomm käytti näyttöä e-lukijassa ja tarjoaa sitä lisenssiksi muille yrityksille.
Vaikka biomimicry on inspiroinut ihmisen innovaatioita vuosikymmenien ajan, yksi yleisimmin mainituista esimerkeistä on Velcro, jonka sveitsiläinen insinööri Georges de Mestral patentoi vuonna 1955 tutkittuaan, kuinka bursit tarttuivat vaatteisiinsa - parempi tekniikka ja vivahteikkaampi tutkimus ovat mahdollistaneet yhä monimutkaisempien mukautusten . Saksalaisen tutkijan Claus Mattheckin luoma suunnitteluohjelma, jota käytetään Opel- ja Mercedes-autoissa, kuvastaa puiden ja luiden jakautumista voimaan ja kuormiin. Pax Scientificin luoma tuuletin lainaa pyörivien merilevien, nautilusten ja ruusumallien kuvioita siirtääksesi ilmaa tehokkaammin. Qatarin autiomaassa suolavedessä kastellussa kasvihuoneessa käytetään kamelin nenästä purkautuneita tiivistymistä ja haihtumis temppuja. Nyt kiitos osittain jatkuvista innovaatioista nanomittakaavan valmistuksessa, valmistajat tuovat markkinoille yhä laajemman valikoiman tuotteita.
Biomimicry ei itsessään ole tuote, vaan prosessi, joka perustuu luonnon organismeihin ja prosesseihin innovaatioiden synnyttämiseksi. Organisaatiot ja jopa kaupungit voivat etsiä ekosysteemejä inspiraatiota varten, kertoo biologi Tim McGee, joka on Montanaan erikoistuneen Biomimicry 3.8: n jäsen. Lavasassa - jota kehittäjät kuvaavat ”Intian ensimmäiseksi suunnittelemaksi mäkikaupungiksi”, jonka kehittäjät toivovat lopulta rakentavan koteja yli 300 000 ihmiselle - kilta neuvotteli maisema-arkkitehtien kanssa. Siten istutusstrategiaan sisältyi lehtipuita, jotka muodostivat katoksen saaliiksi ja heijastavat sitten haihtumisen kautta lähes kolmanneksen sitä osuvasta monsuunisateesta. Tämä vaikutus toimii "kuin moottori, joka ajaa monsuonia sisämaahan", sanoo McGee, joka auttaa estämään kuivuuden siellä. Banyanipuulehtien hydrodynaamisesti tehokas muoto vaikutti parempana vettä lähettävän kattoprinssin suunnitteluun, kun taas vedensiirtojärjestelmät saivat inspiraatiota tavasta, jolla harvesterimäntä suunnittelee vettä pois pesästään. Ensimmäinen Lavasan ”kaupunki” on saatu päätökseen, ja vielä neljän seuraavan arvioidaan seuraavan vuoteen 2020 mennessä.
Jokainen puhuu tapoista vähentää ihmisen jalanjälkeä tai päästä “netto nolla” -vaikutukseen. Mutta luonto, McGee sanoo, menee yleensä askeleen pidemmälle: ”Se ei ole koskaan koskaan nollaa - järjestelmän tuotos on yleensä hyödyllinen kaikelle sen ympärille.” Entä jos voisimme rakentaa kaupungit samalla tavalla? "Entä jos New Yorkissa sateen aikana itäjokeen joutunut vesi oli puhtaampaa kuin silloin, kun se putosi?" Entä jos metsien syttyessä liekit voidaan sammuttaa keinoilla, jotka eivät riipu myrkyllisistä aineista? "Luonto luo palonestoaineita, jotka eivät ole myrkyllisiä", toteaa McGee. "Miksi emme voi?"
Tutkijat ovat vuosien ajan keskittyneet palonestoaineiden kemiaan ilman tuloksia. Mutta ehkä luonnolliset prosessit voisivat tarjota jonkin verran tietä innovaatioille laboratoriossa, McGee sanoo. Ehkä se on tapa, jolla jack-männynkävyt aukenevat kuumuuden edessä (sallia lisääntyminen, jopa kun tuli tuhoaa metsän), tai tapa, jolla eukalyptuspuut levittivät hajallaan olevia palapalakuorta kuorta imemään happea ja ottamaan tulen pois päältä runko. Jaime Grunlan, Texas A&M: n mekaniikkainsinööri, on kehittänyt tulenkestävän kankaan, joka käyttää kitosaania, hummeri- ja katkarapujen kuorista otettua uusiutuvaa materiaalia (ja perhosten siipien kitiinin kemiallista sukulaista) nanopinnoitteisen polymeeripinnoitteen luomiseen. joka tuottaa lämpölle altistuneena hiili “kuoren”, joka suojaa kangasta.
Lepidoptera edustaa muutamia ongelmia, jotka on löydetty luonnon työpöydälle vuosituhansien ajan. Saaliin ja saalistajan välisessä evoluutiopuhelussa ja -vastauksessa monet koit ovat kehittäneet kyvyn havaita lepakoiden ultraääni napsautukset, ja jotkut voivat jopa lähettää hämmentäviä vasta-merkkejä. Perhonen siipit ovat yleensä mustia lähemmäksi vartaloaan lämmön talteenottoa varten. Ne siivet on peitetty epäpuhtauksienkestävällä pinnoitteella - ne puhdistuvat itse. Niiden siipien koristeelliset “silmät”, jotka on tarkoitettu pelastamaan petoeläimet, sijoitetaan usein reunan läheisyyteen siipivaurioiden minimoimiseksi, jos perhosia puree.
Ja sitten on väri - mistä ajattelemme perhosia ajatellessamme. "Ihmiset kutsuvat heitä lentäviksi kukiksi", Robbins sanoo. Vaikka jotkut käyttävät väriä naamiointiin, kaikkein elävimmät lajit kulkevat toista reittiä mainostaen niiden myrkyllisyyttä mahdollisille saalistajille haaleassa näytössä. Kirjailija David Quammen kutsuu heitä "luonnollisen maailman bimboiksi", "evoluutiokokeeksi pelkän koristeellisen ylimäärän suhteen". Quammen kirjoittaa kaiken kaikkiaan, että perhoset edustavat makeuden ja lempeän armon ideaalia, joka näyttää melkein viattomalta koko armoton evoluutiovapaa. - kaikille. ”Ja siellä on runsaasti inspiraatiota, joka odottaa lentoaan niillä hamekarvoisilla siipillä.
Shanghain Jiao Tong -yliopiston tutkijat ovat lintujen perhosten inspiroimia - siipien musta alue mahdollistaa melkein täydellisen valon absorption lämmön sieppaamiseksi - luomalla rakenteellisesti samanlaisen supermusta amorfisen hiilikalvon, joka auttaa luomaan tehokkaampaa aurinkoteknologiaa. NOtES-projekti, joka kasvoi tutkimuksesta Simon Fraserin yliopistossa Brittiläisessä Kolumbiassa, käyttää nanomittakaavan valoa häiritseviä rakenteita väärentämisen vastaisen postimerkin luomiseen, jota on vaikeampi säröillä kuin hologrammi ja joka voidaan “tulostaa” paitsi pankkiin. muistiinpanoja, mutta monilla muilla esineillä. Radiotaajuustunnistemerkit (RFID), joita käytetään kaikkeen varastojen seurannasta renkaan suorituskyvyn mittaamiseen, eivät yleensä toimi hyvin äärimmäisissä ympäristöissä, etenkään jos vettä tai metallia on. Ja niin Omni-ID-niminen yritys mukautti häiriöperiaatteen luotettavamman RFID: n käyttöön käyttämällä pieniä metallisia vaakoja tunnisteissa parantamaan radiosignaalien siirtoa.
Koska Morpho käyttää väriä huomion herättämiseksi, vaikuttaa aiheelliselta, että perhonen on myös inspiroinut ihmisen muotia. Donna Sgro, muotisuunnittelija Sydneyssä, Australiassa ja itsekuvauksellinen ”satunnainen lepidopteristi”, loi kolme mekkoa Morphotex-nimeltä kankaasta, joka on pigmentitön, irinesoiva sininen materiaali, joka piirtää värinsä optisista häiriöistä. Sgro sanoo, että vaikka Morphotex eliminoi väriaineiden tarpeen (ja siten sillä voi olla pienempi ympäristöjalanjälki), hänen kiinnostuksensa ulottuivat tavanomaisen ongelmaratkaisutyyppisen suunnittelutavan ulkopuolelle, jota biomimistit yleensä seuraavat. Muoti on loppujen lopuksi enemmän kuin vaatteiden perustarve. Kuinka tapa, jolla luonto käyttää estetiikkaa, antaa meille tietoa siitä, miten teemme? Sgro opiskelee nyt tohtoriksi biomimikriaa ja muotia Melbournen kuninkaallisessa muodin instituutissa.
Robbins ja minä lähdimme Luonnontieteellisen museon kokoelmakeskuksesta ja menimme läheiseen Butterfly Paviljongiin, ja se oli kuin lepidopterous lovefest. Nainen kääntyi älypuhelimeensa kuvaamaan monarkkia, joka ruokkii kukkia. Japanilainen turisti huusi, kun Persianlahden Fritillary laskeutui olkalaukkuunsa. Lapsi, joka kyykkyi Morpho-peleinä, valasi hitaasti sinisen siipiään. Ei ole helppoa kuvitella, että tämä kohtaus tapahtuu minkä tahansa muun hyönteisen kanssa; oikeasti vai ei, emme käy kävijöiden tai muurahaisten paviljongissa.
Kysyin näiden hyönteisten erityisestä vetovoimasta. "He eivät kiristä, eivät pure", hän sanoi. ”Ne, jotka ihmiset näkevät, ovat yleensä kauniita. Jotkut heistä ovat maataloudelle haitallisia, mutta he ovat melko ystävällisiä tyyppejä ja he ovat helvetin kauniimpia kuin useimmat muut hyönteiset. ”Jos vain, ajattelin, ihmiset voisivat nyt tietää, kuinka hyödyllistä koko tuo kauneus voi olla.
