Natura wydaje się mieć rozwiązanie dosłownie na wszystko. Naukowcy ją podglądają i tworząc technologie zmieniające nasze życie.
Piramidy, drapacze chmur, sondy kosmiczne – ludzie mogą wiele osiągnąć. Ale wciąż poszukujemy nowych inspiracji i sposobów na doskonalenie naszych projektów. Biorąc pod uwagę, że ewolucja miała miliony lat prób i błędów na udoskonalenie swoich projektów w naturze, logiczne jest, że możemy czerpać z nich korzyści. Takie podejście do ludzkiej innowacyjności poprzez naśladowanie natury nazywane jest projektowaniem biomimetycznym. Oto, co dzięki niemu wynaleźliśmy.
Turbiny wiatrowe i walenie
Humbaki mogą ważyć nawet 36 ton, ale są jednymi z najbardziej zwinnych nurków. Biomechanik Frank Fish te zdolności aerodynamiczne przypisuje w dużej mierze specjalnym guzkom na przedniej części płetw. Podobnie jak w przypadku skrzydeł samolotów, humbaki używają płetw pod różnymi kątami nachylenia, aby modulować głębokość zanurzenia. Zbyt duże wychylenie spowoduje utratę „siły nośnej” i turbulencje, które w wodzie kończą się niebezpiecznymi wirami.
Naukowcy odkryli, że guzki na płetwach humbaków pozwalają na lepszą modyfikację zanurzenia aż o 40% w porównaniu z gładkimi płetwami. To samo zjawisko wykorzystuje się przy projektowaniu turbin wiatrowych – ząbkowanie na krawędziach okazuje się bardziej wydajne i cichsze niż typowe łopatki.
Pociągi i zimorodki
Japonia słynie z pociągów rozpędzających się do niesamowitych prędkości. Przy prędkościach przekraczających 300 km/h pociągi o kształtach pocisków stwarzały poważne problemy – tworzyły falę dźwiękową za każdym razem, gdy wyjeżdżały się z tuneli. Ten potężny hałas przeszkadzał mieszkańcom z okolicznych obszarów. Inżynierowie zajęli się tym problemem.
Zaczerpnęli inspirację od zimorodków. Ptaki te są mistrzami w przemieszczaniu się między warstwami wody w powietrzu i powodują praktycznie niezauważalne rozbryzgi. To dzięki kształtom ich dziobów. Wykorzystali to twórcy pociągów Shinkansen, które zamiast kształtu pocisku mają przód w kształcie dzioba. Dzięki temu pociąg generuje mniej hałasu, zużywa o 15% energii elektrycznej mniej, a przy tym jest o 10% szybszy.
Velcro
Velcro to tkanina określana powszechnie jako rzep. Materiał został wymyślony przez George’a de Mestrala w 1941 r. Inspiracją dla niego były owocostany łopianu, które roznoszą owoce, przyczepiając się do ubrań i sierści zwierząt. Badając je pod mikroskopem, de Mestral zauważył prostą konstrukcję malutkich haczyków, które służą do zaczepiania się o inne powierzchnie. Były one w stanie zahaczyć niemal wszystko, co ma niejednorodną powierzchnię.
De Mestral odtworzył to syntetycznie. Jego dwuczęściowy system zapinania na rzepy wykorzystuje pasek luźnych pętelek nylonowych naprzeciwko paska maleńkich haczyków. Już od prawie 80 lat, trudno wyobrazić sobie bez Velcro życia. Nazwa jest połączeniem francuskich słów velours i crochet oznaczających welwet i haczyk.
Chrząszcze i brak szronu
Naśladując budowę pancerza pustynnych chrząszczy można zaprojektować części samolotów, które nie ulegają oblodzeniu. Mowa o chrząszczu Stenocara gracilipes żyjącym na afrykańskiej pustyni Namib. Jest to jedno z najgorętszych i najbardziej suchych miejsc na świecie, a chrząszcz i tak potrafi wychwycić wilgoć z niesionych z wiatrem kropli mgły. Jak to możliwe? To dzięki drobnym guzkom znajdującym się na pokrywach skrzydeł, które zbierają wilgoć, a obszary poniżej działają jak kanaliki, którymi woda dopływa do otworu gębowego owada.
Naukowcy z Oak Ridge National Laboratory stworzyli metodą fotolitografii chemicznej mikrostruktury przyciągające i odpychające wodę. Nie zbiera się na nich szron, co może zostać wykorzystane w branży lotniczej czy w elektrowniach wiatrowych. Na razie efekt udało się uzyskać na powierzchni 1 cm kwadratowego, ale zwiększenie skali jest kwestią czasu.
Efekt lotosu
Efekt lotosu, znany także jako superhydrofobowość, to efekt obserwowany na liściach kwiatu lotosu (po raz pierwszy u roślin z rodzaju lotos Nelumbo). Struktura mikroskopowa powierzchni liści oraz jej skład chemiczny powodują, że liście nie mogą zamoknąć. Krople wody toczą się po powierzchni liścia (przypominając płynną rtęć), zbierając przy tym zanieczyszczenia (cząstki mułu, drobne zwierzęta).
Kopiując ten proces, CeNano opracował nanotol – hydrofobowy (odpychający wodę), lipofobowy (odpychający tłuszcze) i oleofobowy (odpychający oleje) uszczelniacz, który może być rozpylany na substancje, nadając im właściwości superhydrofobowe. Zastosowania tej technologii są dzisiaj ogromne i spektakularne jednocześnie.
„Ptakoodporne” szkło
Szacuje się, że każdego roku aż 100 mln ptaków umiera w wyniku przypadkowego wlecenia w szybę. Powód jest oczywisty – ptaki nie widzą szkła i nie uznają go za barierę fizyczną. Aby rozwiązać ten problem, firma Ornilux Birdsafe Glass stworzyła szkło „bezpieczne” dla ptaków. Inspirację zaczerpnęli ze sposobu, w jaki promienie UV odbijają się w pajęczynach. Co ciekawe, mimo iż sieci pająków z daleka mogą wydawać się niewidoczne, to ptaki bez problemu ich unikają.
Skóra rekina i materiały
Badając biologiczne procesy zachodzące w skórze rekina, naukowcy NASA byli w stanie skopiować mikroskopijne wzory komórek, aby stworzyć warstwę tkaniny złożoną z ribletu. Materiał ten ma podobną budowę, jak skóra rekina – zmniejsza opór powietrza i powstrzymuje mikroorganizmy (jak glony) od przylegania do powierzchni. Korzyści z zastosowania ribletu są duże, ponieważ zmniejszają tarcie, oszczędzają energię i pieniądze. Technologię tą stosuje się do budowy kadłubów statków, łodzi podwodnych, samolotów, a także strojów kąpielowych.
