Пять человеческих технологий, вдохновленных природой

Sep 06, 2023

Профессор интеллектуальных инженерных систем, Университет Ноттингем Трент

Амин Аль-Хабайбе не работает, не консультирует, не владеет акциями и не получает финансирования от какой-либо компании или организации, которым будет полезна эта статья, и не раскрыл никакой соответствующей принадлежности, кроме своей академической должности.

Университет Ноттингем Трент предоставляет финансирование как член The Conversation UK.

Посмотреть всех партнеров

Природа за миллионы лет разработала решения, позволяющие адаптироваться к множеству проблем. По мере того как проблемы, стоящие перед человечеством, становятся все более сложными, мы видим, что вдохновение все чаще черпается из природы.

Взятие биологических процессов и применение их к технологическим и дизайнерским задачам называется биоинспирацией. Это быстрорастущая область, и наша способность копировать природу становится все более изощренной. Вот пять ярких примеров того, как природа направляла человеческие инновации, а в некоторых случаях могла привести к еще более захватывающим прорывам.

Используя эхолокацию, летучие мыши способны летать в полной темноте. Они излучают звуковые и ультразвуковые волны, а затем отслеживают время и величину отражений этих волн, чтобы создавать трехмерные пространственные карты своего окружения.

Датчики, определяющие препятствия при движении задним ходом во многих современных автомобилях, созданы на основе навигации летучих мышей. Направление и расстояние до препятствия рассчитывается путем излучения ультразвуковых волн, которые отражаются от объектов на пути автомобиля.

Технологии сенсорной навигации также были предложены для повышения безопасности людей с ограниченным зрением. Ультразвуковые датчики, установленные на теле человека, будут обеспечивать звуковую обратную связь об окружении человека. Это позволило бы им передвигаться более свободно, устранив угрозу препятствий.

Дятлы стучат по твердой поверхности деревьев в поисках пищи, строят гнезда и привлекают самку. Строительные инструменты, такие как ручные гидравлические и пневматические молотки, имитируют вибрирующий клюв дятла, используя частоту, примерно эквивалентную ударам дятла (от 20 до 25 Гц).

Но вибрация этих электроинструментов может повредить руки строителей. В некоторых случаях это может вызвать вибрацию белого пальца — состояние, при котором пациенты испытывают постоянное онемение и боль в руках и руках.

Сейчас ученые изучают, как дятлы защищают свой мозг от воздействия многократного сверления. Одно исследование показало, что у дятлов есть несколько приспособлений для поглощения ударов, которых нет у других птиц.

Их череп приспособлен быть жестким и твердым, а язык обхватывает заднюю часть черепа и закрепляется между глазами. Это защищает мозг дятла, смягчая удары молотком и его вибрации.

Подобные исследования используются при разработке амортизаторов и устройств контроля вибрации для защиты пользователей такого оборудования. Эта же концепция вдохновила и на такие инновации, как многослойные амортизирующие конструкции для проектирования зданий.

Гребешки – моллюски с веерообразной, гофрированной внешней раковиной. Зигзагообразная форма этих гофров укрепляет структуру корпуса, позволяя ему выдерживать высокое давление под водой.

Тот же процесс используется для увеличения прочности картонной коробки: между двумя внешними слоями картона приклеивается гофрированный бумажный материал. Введение гофрированной поверхности значительно увеличивает прочность материала, так же, как сворачивание листа бумаги зигзагом позволяет ему принять на себя дополнительную нагрузку.

Куполообразное строение панциря гребешка также позволяет ему выдерживать значительные нагрузки. Эта конструкция является самонесущей, поскольку равномерно распределяет вес по всей форме купола, уменьшая нагрузку на одну точку. Это повышает устойчивость конструкции без необходимости усиления стальных балок и послужило вдохновением для проектирования многих зданий, в том числе собора Святого Павла в Лондоне.

У акул есть два спинных плавника, которые обеспечивают несколько аэродинамических преимуществ. Они стабилизируют акулу от перекатывания, а форма их аэродинамического профиля создает позади себя зону низкой турбулентности и тем самым повышает эффективность движения акулы вперед.