13 действительно крутых изобретений, подсмотренных у природы | Интересные факты
В мире существует испытательная лаборатория, внедряющая и тестирующая новые технологические решения вот уже три с половиной миллиарда лет. Конечно же, эта лаборатория – природа. Изобретения, возникшие в ходе эволюции, человечество постоянно берет на вооружение. Вот лишь некоторые из них.
Тысячелетия эволюции создали удивительные «инженерные» решения
Кожа геккона и космические плоскогубцы
Кажется, что на этих ящериц не действует гравитация. Они способны взбираться по совершенно гладким отвесным поверхностям, включая стекло, и даже повисать на одном пальце. Этой способностью гекконы обязаны микроскопическим складкам на лапках, использующим так называемые «вандерваальсовы силы» – физический эффект, возникающий между парами положительно и отрицательно заряженных атомов или молекул. Эта уловка была применена во множестве изобретений – от присосок для лазания по стенам до слесарных инструментов, используемых космонавтами.
Принцип устройства кожи геккона стал основой для многих изобретений
Глаза мотылька и солнечные батареи
Ученые обратили внимание на строение глаз мотылька, когда пытались повысить эффективность тонких солнечных батарей. Поверхность батарей отражала часть солнечных лучей, что вело к снижению коэффициента полезного действия.
Устройство глаза мотылька стало основой для солнечной батареи
Оказалось, что глаза некоторых насекомых, состоящие из микроскопических ячеек, содержат структуры, перенаправляющие отраженный свет обратно в глаз. Редакция узнайвсё.рф отмечает, что изобретатели разработали наноматериал, копирующий принцип устройства глаз мотылька. Это значительно повысило эффективность солнечных элементов.
Репейник и застежка-«липучка»
Каждому знакомы колючие семена репейника, остающиеся на одежде после прогулки по лесу. В 1941 году человек по имени Джордж де Местраль, вернувшись с охоты, удивился тому, как прочно колючки прицепились к его свитеру и шерсти его собаки.
Рассмотрев одну из них под микроскопом, он обнаружил мельчайшие крючки, позволявшие репьям цепляться за петельки на шерсти.
Собака вернулась с прогулки вся в репейниках
Несколько следующих лет он провел, испытывая сочетания крючков и петелек в различных материалах. В конце концов он нашел идеальное сочетание и запатентовал то, что известно во всем мире как «велкро», а в России – как «липучка».
Летучие мыши и ультразвуковая трость
Летучие мыши ориентируются в темноте благодаря эхолокации. Они издают крик высокой частоты и улавливают отразившийся от предметов звук, получая четкую картину окружающего. Этот принцип давно применяется в судовых и авиационных радиолокаторах, но не так давно подобное устройство появилось и в быту. Была создана трость для незрячих, облегчающая передвижение по городу. Трость излучает ультразвук и, в случае приближения к препятствию, вибрирует.
Летучие мыши ориентируются в темноте благодаря эхолокации
Паутина и сверхпрочный клей
Было замечено, что в тех местах, где паутина крепится к веточке или камню, она потрясающе прочна.
Изучив геометрию паучьей нити, ученые увидели, что в этих местах она имеет особенную форму. Придав такую же форму полиуретановой нити, удалось повысить ее прочность в несколько раз. На основе такого полиуретана был создан сверхпрочный химически нейтральный клей, пригодный, например, для склеивания сломанных костей.
Благодаря паутине придумали сверхпрочный клей
Лобстеры и LEXID
Лобстеры фокусируют глаза на одной небольшой области, а свет, отраженный этой областью, позволяет им видеть все окружающее. В 2007 году американское правительство вложило несколько миллионов долларов в исследования, посвященные изучению зрения лобстеров. Результатом исследований стала запатентованная технология LEXID, позволяющая человеку видеть сквозь препятствия (даже дерево и бетон) с помощью маломощного пучка рентгеновских лучей.
Лобстеры натолкнули инженеров на создание технологии LEXID
Птицы и сверхскоростные поезда
Если вам посчастливилось прокатиться на сверхскоростном поезде, вы могли заметить, с каким грохотом он выезжает из тоннеля на свет.
В конце девяностых японский инженер Идзи Накацу обратил внимание, насколько изящно и без брызг охотящийся зимородок ныряет в воду за рыбешкой.
Нос японского скоростного поезда устроен как нос птички-зимородка
Инженера посетила мысль, нельзя ли применить форму птичьего клюва для улучшения аэродинамики поезда. Локомотив, форма которого напоминает длинный клюв, оказался не только тише, но и быстрее обычного.
Тихоходки и прививки
Тихоходка – микроскопическое восьминогое создание отталкивающего вида, живущее в воде. Если достать ее из воды, она высохнет и впадет в анабиоз, однако вполне возможно оживить ее даже спустя сто лет. Так происходит из-за того, что организм тихоходки содержит особые молекулярные структуры, защищающие молекулы ее ДНК. Исследователи обнаружили, что схожую структуру имеют молекулы сахара. Технология, подсмотренная у тихоходок, позволяет сохранять живые вакцины, не замораживая их.
Тихоходка – самое живучее существо на Земле
Термиты и недвижимость
Термиты – общественные насекомые, известные ущербом, который они причиняют деревянным строениям. Однако жилища самих термитов вдохновили архитекторов на разработку проектов домов, почти столь же энергоффективных, как и термитник.
Термитники выглядят как небоскребы в миниатюре
Особая конструкция термитника создает естественный ток воздуха, поддерживающий одинаковую температуру днем и ночью. Ветер отводит излишки тепла от стен термитника, и сами термиты могут регулировать теплоотдачу, открывая и закрывая отверстия в стенах. Архитектор Мик Пирс построил по образу термитника общественное здание в столице Зимбабве. Редакция uznayvse.ru уточняет, что насекомые пока не предъявляли иска в защиту авторских прав.
Чернотелка и дефицит воды
Намибийский пустынный жук чернотелка умудряется выживать в безводной местности благодаря особому устройству надкрылий.
Небольшие хитиновые выступы на надкрыльях притягивают мельчайшие капельки воды из утреннего тумана. К тому же надкрылья чернотелки очень скользкие, и по особым желобкам вода стекает прямо в рот насекомого.
Намибийский жук приспособился к недостатку воды
Инженеры из Массачусетского технологического института на основе этого принципа создали панели для сбора воды, которые помогают собирать влагу из атмосферного воздуха и уменьшать расход водопроводной воды. Такие панели используются сейчас в более чем двадцати странах, где жители испытывают трудности с доступом к воде.
Акулы и антибактериальное покрытие
Галапагосская акула плавает очень медленно, но к ее шкуре не могут прикрепиться ни моллюски, ни даже бактерии. Шкура акул покрыта мелкими ребристыми чешуйками, состоящими из того же материала, что и ее зубы. Эти чешуйки устраняют завихрения в окружающей воде и позволяют акуле тратить меньше сил на передвижение.
Галапагосская акула
Такое решение использовалось в разработке скоростных плавательных костюмов. У галапагосской акулы эти чешуйки расположены особым образом, не позволяющим микроорганизмам закрепиться на шкуре.
В больницах можно использовать меньшее количество антибактериальных средств
Применение в лечебном заведении антибактериальных моющих средств может привести к появлению бактерий, устойчивых к антибиотикам. Компания “Sharklet” поставляет в больницы специальные покрытия, которые позволяют поддерживать стерильность, не злоупотребляя моющими средствами. Выходит, даже бактерии боятся акул.
Лотосы и самоочищающаяся краска
Лепестки цветов лотоса тоже покрыты мельчайшими чешуйками, отталкивающими грязь и пыль. Эти образования, видимые только под микроскопом, не позволяют посторонним частицам прилипать к цветку, поскольку площадь соприкосновения лепестка и частиц очень мала.
Дождевая вода легко смывает загрязнения.
У лепестков лотоса специфическая поверхность
После четырех лет исследований германская компания-производитель красок выпустила продукцию, копирующую свойства поверхности цветка лотоса. Стены домов, покрытые этой краской, не нуждаются в мойке и не собирают уличную грязь.
Плавники китов и ветрогенераторы
Киты – самые большие животные на планете, однако они передвигаются в воде с неожиданным изяществом. Выяснилось, что не в последнюю очередь это обусловлено формой их плавников, покрытых вдоль кромки особыми полусферическими выростами.
На плавниках у китов имеются особые выросты
Инженеры, вдохновленные китовьей грацией, поместили такие выросты на лопасти вентиляторов, ветрогенераторов и водяных насосов. Лопасти ветряной турбины, повторяющие форму плавника кита, на 20% эффективнее обычных.
Лопасть ветряной турбины устроена как китовый плавник
Испытания в аэродинамической трубе доказали, что такая турбина испытывает на 30% меньшую вибрационную нагрузку.
Существуют даже проекты самолетов с крыльями, покрытыми такими выпуклостями. Они будут еще надежнее и экономичнее.
Прогресс – дело настолько же почетное, насколько и опасное. Множество исследователей, которые двигали науку вперед, пострадали из-за своих изобретений, а то и заплатили за них жизнью. Редакция uznayvse.ru предлагает вам прочесть об ученых, которых погубили их собственные изобретения.
Украденные технологии: что человечество заимствует у природы
Колесо и космический корабль не имеют аналогов в природе, однако многие другие технологические достижения человечества не более чем плагиат инженерных решений, уже найденных биосферой
Вся человеческая цивилизация — история заимствований у природы. Сначала мы просто собирали плоды и коренья, позже научились выделять чуть более сложные вещества вроде пенициллина, а под конец стали использовать биосферу совсем уж изощренно — меняя гены живых существ ради собственных целей.
Закончили чтение тут
Вода
Рак-богомол роскошный (Odontodactylus scyllarus) из семейства ротоногих, он же «павлиновая креветка» — один из самых интересных организмов, если рассматривать его с точки зрения технологических перспектив. Главное достижение этого рака (вернее, не его самого, а эволюции, которая его взрастила) — уникальное устройство зрения. В глазу человека есть лишь три типа цветочувствительных колбочек: два из них помогают отличать синий цвет от желто-зеленого, а еще один дополнительный тип позволяет видеть красный.
Устройство глаз этих животных, от расширенного диапазона цветовосприятия до способности видеть линейную и круговую поляризацию света, стали основой идеи камер нового типа.
В перспективе копирование осьминожьих принципов изменения формы позволит развить гибкую электронику и робототехнику.Земля
Имитация движения тел животных — давняя фишка инженеров. У автомобиля четыре колеса ровно по той же самой фундаментальной причине, по которой наземные позвоночные имеют четыре конечности. Роботы-андроиды, по сути, имитируют движение тела человека, промышленные роботы-манипуляторы в точности копируют все шесть степеней свободы человеческой руки, а машины компании Boston Dynamics уже сейчас можно по повадкам принять за животных.
Но робототехники продолжают обращаться к природе за вдохновением, и недавно их внимание привлекли тараканы. Ученые из университета Гарварда изучали манеру передвижения насекомых, в результате чего выяснили, что крепкий внешний скелет таракана позволяет ему преодолевать препятствия необычным способом.
Таракан вначале фактически врезается в преграду, после чего меняет направление движения, не теряя скорость (другими словами, очень экономно расходует кинетическую энергию). Благодаря этому свойству таракан легко спасается от своих недоброжелателей. Большой интерес для инженеров представляет также способность насекомых проникать в самые узкие щели, несмотря на наличие жесткого хитинового панциря.
Небо
Говоря о технологиях, подсмотренных у животных, нельзя не упомянуть об авиации: создатели первых самолетов пытались подражать птицам даже чересчур буквально, заставляя свои машины махать крыльями. Но время расставило все по своим местам: от птиц человек стал учиться их аэродинамике и применил ее даже в наземном транспорте.
Инженеры скоростных железных дорог в Японии столкнулись с проблемой из-за гористой местности этой страны. Для прокладки путей приходилось строить много тоннелей, но при въезде в них локомотив сжимал воздух перед собой. Выход из рукотворных пещер сопровождался громким хлопком, пугающим как пассажиров, так и внешних наблюдателей.
Проблема была решена благодаря одному из инженеров, который помимо работы увлекался орнитологией. Он обратил внимание, что зимородки, ныряя в воду, практически не создают всплеска воды. По мнению инженера, это связано с формой их клюва. Конечно, чтобы развить эту идею, потребовалась масса экспериментов в аэродинамической трубе, но отправной точкой для испытаний стала форма птичьего клюва. В результате локомотивы получили «птичий нос» и стали выходить из тоннелей гораздо тише.
Еще одна технология летающих животных могла бы найти применение в электронных книгах.
Ученые использовали принцип отражения света чешуйками на крыльях бабочек-нимфалид, разработав на его основе материал для цветных электронных чернил Mirasol. Кроме того, свойство крыльев бабочки менять цвет в зависимости от температуры ляжет в основу создания датчиков перегрева.
Исходники
Электромотор и генератор — это все же вполне честные человеческие изобретения. Подсмотреть в природе их прототип изобретатели никак не могли: в XIX веке еще не было электронных микроскопов, позволяющих в деталях рассмотреть устройство и принцип работы фермента АТФ-синтазы, молекулярной машинки размером порядка десятков нанометров. Между тем принцип работы электрических машин воплощен в этом белке с исключительным изяществом.
Неподвижная часть (аналог статора) закреплена в мембране митохондрии или хлоропласта, а внутри находится вращающаяся часть молекулы — ротор.
Остается лишь надеяться, что сроки действия патентов на изобретения природы истекли сотни миллионов лет назад, и нам удастся подсмотреть у нее еще много интересных инноваций.
- Милые кости: зачем нужен цветной рентген
10 Современные изобретения, созданные по образцу природы
Люди часто адаптируют природные технологии для создания собственных изобретений — концепция, называемая биомимикрией.
В конце концов, иногда лучшая технология находится прямо перед нами благодаря миллионам лет эволюции. Вот 10 современных изобретений, созданных людьми по образцу растений и животных.
1. VELCRO
Репейные заусенцы, вдохновленные VELCRO. / Nahhan/iStock через Getty Images
Созданный в 1940-х годах швейцарским инженером Джорджем де Местралем, VELCRO является одним из самых известных примеров биомимикрии. Во время похода де Местраль заметил, что крючкообразная структура колючек лопуха позволяет семенным коробочкам прилипать к шерсти его собаки. Он решил изучить возможность создания застежки для одежды с использованием той же технологии.
В 1955 году де Местраль запатентовал застежку «липучка» и назвал ее VELCRO, сочетание французских слов «бархат» ( велюр ) и крючок ( вязание крючком ).
2. Самоочищающаяся краска
Листья лотоса отталкивают воду.
/ BZh32/iStock через Getty Images
Растения лотоса известны своей водной красотой и символом долголетия в некоторых культурах, но вы, вероятно, не знали, что они также супергидрофобны. Поверхность листьев лотоса настолько хорошо отталкивает грязь и воду, что это качество самоочищения было названо «эффектом лотоса» в 1919 году.77.
В 1999 году немецкая строительная компания Sto выпустила краску для наружных работ под названием Lotusan. После высыхания микротекстура краски имитирует поверхность листа лотоса, чтобы отталкивать влагу и грязь снаружи.
3. Камуфляж
Найдите замаскированного краба. / 4FR/iStock via Getty Images
Люди приняли камуфляж — тактику выживания для различных видов, от хамелеона до белого медведя — в качестве нашего собственного защитного механизма, особенно в армии и у охотников.
Камуфляж действует благодаря своей способности скрывать очертания или очертания тела, поскольку человеческий глаз имеет ограниченную способность различать цветовые узоры издалека.
4. Солнечные панели
Дизайн солнечной панели с рифлеными листьями. / DariaRen/iStock via Getty Images
В то время как солнечные панели и листья растений собирают энергию солнца, команда из Принстонского университета сделала шаг вперед в биомимикрии в солнечных панелях, добавив складки к солнечным элементам. Складки имитируют естественные складки на листьях, направляя больше света в клетку. В 2015 году исследователи заявили, что листовидные клетки производят на 47% больше электроэнергии, чем клетки без складок.
5. Клейкое снаряжение для скалолазания
Токайский геккон, вид снизу / Topaz777/iStock via Getty Images
Пальцы геккона обладают уникальной способностью прилипать к большинству поверхностей, включая гладкое стекло. В 2014 году команда Стэнфордского университета увеличила липкие структуры, обнаруженные в пальцах токайского геккона, чтобы создать устройство для лазания, вдохновленное гекконами.
Подопытный человек смог «подняться» по стеклянной стене, надев на руки и ноги клейкие подушечки.
6. Скоростные поезда
Ныряющий зимородок / nikpal/iStock via Getty Images
Скоростной поезд Синкансэн в Японии известен своей аэродинамической формой, которая уменьшает количество звука, издаваемого поездом при входе и выходе из туннелей на скорости от 150 до 200 миль в час. Поезда были созданы по образцу длинного узкого клюва зимородка, птицы, которая охотится на рыбу, ныряя в водоемы практически без брызг. Форма поезда также позволяет ему двигаться на 10 процентов быстрее, потребляя примерно на 15 процентов меньше электроэнергии.
7. Самолеты
Крылья птиц в полете вдохновили братьев Райт на создание первого самолета. /sharply_done/iStock через Getty Images
В то время как современный дизайн самолетов развился далеко за пределы практики птиц, первые проекты использовали то немногое, что люди знали о полете, которое они получили, изучая птиц в небе.
При проектировании своего первого пилотируемого самолета под названием «Флайер» братья Райт подражали тому, как воздух увеличивает подъемную силу, обтекая изгибы крыльев птиц. Птицы также могут «деформировать» свои крылья, чтобы оставаться в воздухе и оптимизировать свой полет. Орвилл и Уилбур Райт спроектировали самолет таким образом, чтобы часть его крыльев «деформировалась» вперед и назад для создания того же эффекта.
8. Гидрокостюмы
Бобр плывет в спокойном озере / RT-images/iStock via Getty Images
В отличие от китов, у бобров нет слоев жира, чтобы согреться, когда они ныряют в холодную воду. Вместо этого их густой мех задерживает воздух между отдельными волосками, сохраняя млекопитающих в тепле и сухости. В 2016 году команда инженеров Массачусетского технологического института стремилась воспроизвести это качество в гидрокостюме, покрытом резиновыми «ворсинками», специально разработанном для спортсменов, занимающихся водными видами спорта, таких как серферы.
Как и бобры, спортсмены будут согреваться воздухом, находящимся снаружи костюма.
9. Самоохлаждающаяся архитектура
Термитник в Намибии / brytta/iStock via Getty Images
Термит — вредитель или муза? Это зависит от того, кого вы спросите. В то время как многие люди рассматривают термитов как нежелательных гостей, по крайней мере один архитектор ищет вдохновения в гениальных самоохлаждающихся конструкциях термитников.
Зимбабвийский архитектор Мик Пирс наблюдал термитник на поле для гольфа и отметил, что его форма и вентиляция идеально подходят для окружающей среды. Он включил дизайн термитника в здания в Хараре, Зимбабве, и Мельбурне, Австралия. В каждой конструкции холодный воздух у земли направляется вверх, а горячий воздух в верхней части здания выбрасывается через дымоходы.
10. Иглы
Крошечный комар перед атакой / Ральф Гейте/iStock via Getty Images комар.
Хоботок насекомого может быстро проникнуть в кожу жертвы, часто даже не подозревая об этом (анестезирующее вещество в их слюне также помогает сделать их укус менее болезненным). Эта способность послужила источником вдохновения для создания микроигл, предназначенных для минимизации боли.
Искусственных изобретений, которые уже существуют в природе
Рынки США Загрузка… ЧАС М С В новостях
Значок шевронаОн указывает на расширяемый раздел или меню, а иногда и на предыдущие/следующие параметры навигации.ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦАНаука
Значок «Сохранить статью» Значок «Закладка» Значок «Поделиться» Изогнутая стрелка, указывающая вправо.Скачать приложение
Саманта Ли/Business Insider От колеса до ракеты люди изобрели чудесное.
Но вас может удивить, что многие из наших изобретений не являются оригинальными или уникальными. Многие из них уже существуют в природе. И иногда эти естественные версии даже более сложны, чем созданные человеком.
Вот несколько примеров, демонстрирующих невероятно развитую природу:
Липучка — вдохновлено лопухом
Швейцарский инженер Жорж де Местраль наблюдал колючки от лопуха, которые прицепились к его штанам (и его собаке) после охоты. Он обнаружил, что крошечные крючки семян позволяют им прилипать к предметам с петлями, например к хлопковым волокнам брюк. Местралу потребовалось более десяти лет экспериментов, чтобы идеально воспроизвести его в то, что он назвал «застежкой-молнией без молнии», и сегодня это известно как липучка с липучкой.
Источник: Today I Found Out
SONAR — дельфины тоже это делают
Затопление Титаника в 1912 году побудило исследователей попытаться разработать технологию для обнаружения объектов в воде.
В 1915 году французский физик Поль Ланжевен изобрел систему, предназначенную для использования звуковых волн и их эха для обнаружения объектов под водой; сегодня мы знаем его как SONAR. Хотя эта технология является довольно новой для людей, некоторые животные всегда использовали эхолокацию для навигации, охоты и поиска пищи. Летучие мыши и дельфины, например, издают звуки и слушают эхо, чтобы обнаруживать и находить объекты вокруг себя.
Присоски
Присоски — это волшебные инструменты, которые можно использовать для прикрепления или плотного захвата плоских поверхностей. Используя принципы вакуума и давления, эти объекты можно использовать, чтобы прикреплять объекты к стенам или даже взбираться на высокие здания. Первые человеческие патенты на версию присосок были поданы в 1860-х годах. Тем не менее, присоски осьминогов представляют собой гораздо более продвинутую версию созданных человеком видов, с крошечными концентрическими бороздками по краям каждой присоски, позволяющими животному хвататься за неровные поверхности даже под водой.
Источник: Scientific American. при выходе из туннелей они издавали громкий грохот. Но Эдзи Накацу, один из инженеров японской железнодорожной компании, производившей сверхскоростные пассажирские экспрессы, а также заядлый орнитолог, заметил, что может применить структуру клюва зимородка к сверхскоростным пассажирским экспрессам, что не только решит проблему шума. , но также повысила энергоэффективность и позволила увеличить скорость.
Источники: Зоопарк Сан-Диего, EarthSky, Bloomberg. где он часто слышал, как рабочие жалуются на остатки ленты, которую они использовали при покраске автомобилей. В течение двух лет Дрю экспериментировал с различными клеями, пытаясь придумать такой, который не оставит следов после отслаивания. В конце концов, это привело к скотчу.
Гекконы прилипают к поверхностям без клея благодаря миллионам микроскопических волосков на нижней части пальцев. Просто изменив направление волосков, гекконы могут разорвать хватку — здесь нет липких остатков.
Источники: Gizmodo, Bloomberg
Яркие лампочки
Внешнее покрытие светодиодных ламп отражает часть света внутрь, снижая его эффективность и яркость. Пытаясь решить эту проблему, международная группа исследователей обратилась к фонарю-светлячку. Они обнаружили, что у фонарей был экзоскелет с зазубринами, выступающими чешуйками и наклонным наклоном. Это предотвратило отражение и пропустило большую часть света. Николя Андре из Университета Шербрука в Канаде использовал лазеры для создания аналогичной текстуры на светодиодах и увидел, что они светятся в 1,5 раза интенсивнее.
«Самым важным аспектом этой работы является то, что она показывает, как много мы можем узнать, внимательно наблюдая за природой», — сказала The Optical Society Анник Бэй, аспирант Намюрского университета, принимавшая участие в исследовании.
Источник: Оптическое общество
Читать далее
LoadingЧто-то загружается.