Biomimicry Làm thế nào tự nhiên lấy cảm hứng từ công nghệ ngày nay
Theo truyền thống, công nghệ và thiên nhiên được xem là lực lượng khác nhau - công nghệ thường là phương tiện tạo ra các vật thể hoặc năng lượng không tự nhiên xảy ra trong môi trường xung quanh chúng ta. Tuy nhiên, các phương pháp mới để phát triển sản phẩm và công nghệ như sinh học và thiết kế thế hệ đã bắt đầu đảo ngược xu hướng đó.
Thiết kế sáng tạo là quá trình lấy khuôn khổ của một ý tưởng và chuyển nó thành một bộ quy tắc, sau đó được giải thích bởi một máy tính có công suất cao. Bằng cách mô phỏng hàng ngàn biến thể bằng cách sử dụng điện toán công suất cao, quá trình này bắt chước quá trình tiến hóa tự nhiên.
Jeff Cửu Long, Giám đốc công nghệ tại Autodesk, mô tả quá trình thiết kế tổng quát, “Các thuật toán học máy trong máy tính hiện có thể phát hiện các mẫu vốn có trong hàng triệu mô hình 3D và tạo ra các nguyên tắc phân loại mà không cần sự hướng dẫn hay can thiệp của con người.” Biomimicry là “một cách tiếp cận để đổi mới tìm kiếm giải pháp bền vững cho những thách thức của con người bởi mô phỏng các chiến lược và mô hình thử nghiệm thời gian của thiên nhiên.”
Dưới đây chúng tôi xem xét 10 ví dụ sử thi về công nghệ lấy cảm hứng từ thiên nhiên sử dụng các khái niệm này về sinh học và / hoặc thiết kế tổng quát.
1. Thuốc và Vắc xin - Nhím biển
Các nhà nghiên cứu Úc đã tái tạo cách mà nhím biển xây dựng lớp vỏ cứng bên ngoài để bảo vệ để bảo vệ protein và vắc-xin khỏi sự thay đổi của nhiệt độ xung quanh.
Quá trình hóa học tạo lớp bảo vệ này đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng như thuốc được phân phối cho các quốc gia có hệ thống vận chuyển hoặc làm lạnh kém.
2. Trung tâm dưới nước quốc gia, Bắc Kinh - Cấu trúc bong bóng
Trung tâm bơi và lặn mang tính biểu tượng từ Thế vận hội Mùa hè Trung Quốc 2008 có bề ngoài độc đáo được tạo thành từ hàng trăm bong bóng đùn trong một mô hình dường như ngẫu nhiên.
Tuy nhiên, mô hình bong bóng này hoàn toàn không ngẫu nhiên, thay vào đó nó dựa trên hình học chính xác được tìm thấy trong các hệ thống tự nhiên như tế bào, cấu trúc phân tử và tinh thể. Tái tạo các mẫu hiện có của tự nhiên dẫn đến sự phân chia phụ hiệu quả nhất của khoảng cách ba chiều.
3. Nhà hát Esplanade Singapore - Sầu riêng
Nằm gần như trên đường xích đạo trong khí hậu rất nóng, Nhà hát Esplanade ở Singapore có thiết kế mái bằng kính thực sự độc đáo, được lấy cảm hứng từ trái cây sầu riêng địa phương.
Một hệ thống gồm hàng trăm tấm nhôm hình tam giác được đặt theo hướng của mặt trời, bảo vệ khu phức hợp khỏi nhiệt và ánh sáng mặt trời trực tiếp trong khi vẫn tràn ngập bên trong bằng ánh sáng tự nhiên.
4. Máy trộn nước - Calla Lillies
Các xoắn ốc hướng tâm của hoa loa kèn là nguồn cảm hứng cho công nghệ pha chế nước công nghiệp được phát triển bởi Pax khoa học. Thiết kế tự nhiên của hoa huệ rất lý tưởng cho khả năng hỗ trợ dòng nước.
Công nghệ trộn tương ứng tự hào có khả năng “để lưu thông 10 triệu gallon với cùng một năng lượng với ba bóng đèn 100 watt.”
5. Tua bin - Vây cá voi
Vây của cá voi lưng gù có các cạnh trông gập ghềnh, không đều được gọi là củ. Tubercles đã được chứng minh là cho phép động lực học chất lỏng lớn hơn nhiều so với vây mịn.
Lấy cảm hứng từ những chiếc vây có hình dạng bất thường của những con cá voi khổng lồ này, các công ty như WhalePower và những người khác đã phát triển “củ” cánh quạt để sử dụng trong quạt và tua bin hoạt động với hiệu quả cao hơn nhiều so với lưỡi truyền thống.
6. Đồ bơi - Da cá mập
Da của một con cá mập bao gồm hàng ngàn và hàng ngàn vảy chồng chéo được gọi là “nha khoa”. Những chiếc răng này phá vỡ sự hình thành của những dòng nước xoáy và cho phép cá mập di chuyển hiệu quả hơn và nhanh chóng di chuyển trong nước.
Trong Thế vận hội 2008, Michael Phelps và những vận động viên bơi lội nổi tiếng khác mặc những bộ đồ có vải được thiết kế để mô phỏng da cá mập và sau đó làm lu mờ nhiều kỷ lục thế giới hiện có. Mặc dù những bộ đồ như vậy hiện đã bị cấm trong các cuộc thi bơi lội, ý tưởng bắt chước các răng của cá mập ngày nay được sử dụng trên thân thuyền để cải thiện hiệu quả.
7. Pin sinh học - cơ thể con người
Cơ thể con người tạo ra năng lượng thông qua phản ứng hóa học được gọi là trao đổi chất. Khi một người tiêu thụ carbohydrate hoặc đường, các enzyme trong cơ thể sẽ phá vỡ glucose và giải phóng năng lượng. Các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu để tạo ra pin chạy trên các hợp chất hữu cơ như đường để tạo ra năng lượng: pin sinh học.
Các nhà nghiên cứu tại một số trường đại học, cũng như tại các tập đoàn như Sony, đã làm việc cho phần tốt hơn của thập kỷ trước để tạo ra một loại pin sinh học có thể bán được. Vào năm 2007, Sony đã phát triển thành công một nguyên mẫu pin sinh học sử dụng các enzyme để tạo ra một năng lượng đủ (50mW) để cung cấp năng lượng cho Walkman.
8. Chất liệu tổng hợp - GM Spider Silk
Lụa được tạo ra bởi những con nhện để dệt mạng của chúng là một siêu vật liệu xuất hiện tự nhiên. Bởi vì nhện có tính chất lãnh thổ và ăn thịt đồng loại, “thu hoạch” tơ nhện chưa bao giờ có khả năng thương mại hóa và thậm chí một khi đã thu được, các sợi tơ nhện riêng lẻ tốt đến mức toàn bộ hệ thống kéo sợi mới sẽ phải được tạo ra để dệt các sợi lại với nhau.
Tuy nhiên, một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Emeryville, California có tên Bolt Themes đã cố gắng giải quyết thách thức bằng cách sử dụng các vi sinh vật biến đổi gen. Nếu công nghệ chứng minh được khả thi, các trường hợp sử dụng tiềm năng có thể bao gồm “áo chống đạn, chai nước có thể phân hủy sinh học và dây treo cầu linh hoạt.”
9. Vật liệu chống thấm nước - Cánh bướm
Vào năm 2013, một nhóm các kỹ sư của MIT đã phát triển thứ được coi là vật liệu chống thấm nước nhất từng được chế tạo. Thiết kế của chúng có chất liệu với những đường vân silicon nhỏ bắt chước các hoa văn được tìm thấy trên cánh của bướm Morpho.
Vật liệu này hiệu quả đến mức ở nhiệt độ siêu lạnh, nước dội lên bề mặt nhanh hơn khả năng đóng băng, cho thấy các ứng dụng tiềm năng cho công nghệ trên cánh máy bay và tua bin ngoài quần áo chống nước.
10. Băng dính - Tắc kè
Bàn chân của một con tắc kè đặc biệt dính do chúng “các nhóm cấu trúc hình thìa dài, gọi là setae làm tăng diện tích bề mặt và khuếch đại các điểm tham quan điện yếu giữa các ngón chân và bề mặt.”
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford gần đây phát triển một vật liệu kết dính nhân tạo dựa trên những khái niệm này đã cho phép một học sinh tốt nghiệp mở rộng một bức tường kính sử dụng hai miếng đệm cỡ tay làm từ vật liệu. Ngoài việc trèo tường như Người nhện, công nghệ này còn có những ứng dụng tiềm năng trong ngành sản xuất. thay thế các hệ thống hiện có sử dụng lực hút hoặc chất kết dính hóa học.
Ghi chú của biên tập viên: Bài đăng này được viết cho Hongkiat.com bởi Andrew Armstrong. Andrew là một người đam mê công nghệ và cố vấn tiếp thị kỹ thuật số có trụ sở tại Khu vực Vịnh San Francisco. Anh sống ở San Mateo, California với vợ và con trai nhỏ. Bạn có thể tiếp cận anh ấy trên Twitter.
Đọc ngay: 15 ví dụ về cách công nghệ đổi mới thời trang
