Delen:
10 meer ongelooflijke manieren waarop natuur ons in technologie verslaat
Wij mensen hebben een aantal verbazingwekkende prestaties weten te realiseren: wolkenkrabbers, ruimtevaart, diepzeeduiken en Dilbert strips, onder andere dingen. Maar hoe slim we ook zijn, we hebben nog veel te leren van onze aardbewoners. Planten en dieren laten de hele tijd verbluffende technische hoogstandjes zien.
Biomimicry is de handeling van het modelleren van structuren, materialen en systemen na biologische eenheden en processen. We hebben je al eerder verteld over technologieën die eigenschappen van dieren nabootsen. Hier volgen nog tien voorbeelden van hoe de natuur ons heeft geschoold in het creëren van geavanceerde technologie.
10 Sharkskin en vliegreizen
Er is een reden waarom haaien het onderwerp zijn geweest van zoveel angstaanjagende verhalen; ze zijn enkele van de meest efficiënte roofdieren in de natuur. Deze jagers hebben hun watergeoptimaliseerde huid te danken om hen te helpen hun topsnelheden te bereiken. Het oppervlak van haaienhuid bestaat uit kleine "tanden" die dermale denticles worden genoemd. Deze dermale denticles (ook placoïde schubben genoemd) hebben groeven die water kanaliseren, waardoor de weerstand wordt verminderd.
Het ideale ontwerp van haaienhuid is de bron geweest van talloze 'Aha'-momenten onder uitvinders. Een briljante toepassing is afkomstig van drie wetenschappers van de Fraunhofer Society, een Duitse onderzoeksorganisatie. Ze ontwikkelden een speciale verf nadat ze de haaienhuid van dichtbij hadden bestudeerd. Deze verf, wanneer op een speciale sjabloon geborsteld en op het oppervlak van vliegtuigen aangebracht, bereikt de structuur van haaienhuid en vermindert de weerstand. De onderzoekers beweren dat als deze verf op elk vliegtuig op de planeet zou worden aangebracht, het tot 4,48 miljoen ton brandstof per jaar zou besparen.
9 scholen vis en windparken
Het is heel fascinerend om te zien hoe een school vissen synchroon door de zee zwemt. Ze lijken het bij elkaar te houden, wat er ook gebeurt, zelfs bij plotselinge bochten. Eén theorie achter dit gedrag is dat vissen in een school kunnen afwijken van de stromingspatronen van de omringende vissen. In wezen fungeert scholing als een energiebesparende techniek.
Een team bij Caltech onder leiding van professor John Dabiri ontwierp verticale windturbines die op een vergelijkbare manier werken. Wanneer ze worden gegroepeerd, worden ze energie-efficiënter door de luchtstroom te gebruiken die wordt opgewekt door naburige turbines. Het resultaat is een reeks windturbines die conventionele windmolens kunnen overtreffen. Deze bevindingen werden ondersteund door vergelijkbare studies uitgevoerd door Stanford, Johns Hopkins University, en de Universiteit van Delaware.
8 Bultruggen en turbinebladen
De natuur heeft ons zelfs meer te leren over windenergie-efficiëntie, zoals blijkt uit de bultrug. Zowel de bultrugwalvis als de windturbines hebben baat bij het verminderen van de weerstand op hun oppervlak. De vriendelijke reus bereikt dit dankzij de hobbels langs de vinnen, de zogenaamde tubercles. Knollen laten de walvis toe te manoeuvreren met minimale weerstand, wat nodig is als het op zoek is naar voedsel.
Natuurlijk gaat het ontwerp goed over op windturbines. Professor Frank Fish van West Chester University werkte met een team om een turbineblad met knollen te ontwerpen. Het resulterende ontwerp werkte zo goed dat het zelfs wind in gebieden met lage windsnelheid kon verzamelen. Fish is president van een in Canada gevestigde operatie genaamd Whalepower, die zich toelegt op verbeterde turbine- en ventilatorontwerpen op basis van de bevindingen van zijn team.
7 gekko's en voedingslijm
Geef toe: op een bepaald moment in je leven ben je een beetje jaloers geweest dat gekko's moeiteloos de muren op kunnen lopen. Het mysterie van de muurklimmende hagedis heeft waarnemers duizenden jaren lang verbaasd. Het werd uiteindelijk opgelost in 2002, toen onderzoekers miljoenen kleine haartjes ontdekten op de voeten van de gekko, setae genaamd. De setae helpen bij het produceren van zwakke elektrostatische krachten op korte afstand, de van der Waals krachten.
Hoewel er veel voorstellen voor dit natuurkundige werk zijn gedaan, is er met name één succesvol geweest: een product genaamd Geckskin. Drie ondernemende afgestudeerden van de Universiteit van Massachusetts, Amherst, hebben deze herbruikbare superlijm gecreëerd, geïnspireerd op de mechaniek van gekkoevoeten. Het kleverige materiaal kan tot 317 kilogram (700 lb) op een gladde muur bevatten. Sinds zijn debuut heeft Geckskin onderscheidingen gewonnen van organisaties en nieuwsbladen, waaronder CNN, Bloomberg en The Guardian (de laatste ervan noemde het "vliegpapier voor olifanten").
6 vleermuizen en SmartCanes
Vleermuizen zijn beroemd om hun nachtelijke vaardigheden, die voortkomen uit hun unieke vermogen om objecten in het donker te onderscheiden met behulp van echolocatie. Ze stoten hoge sonarfrequenties uit die weerkaatsen op objecten waarmee het wezen tijdens het vliegen zou kunnen botsen.
Een onderzoeksteam van het Indian Institute of Technology in Delhi, India, heeft de vleermuis opgepakt om een revolutie teweeg te brengen in het standaard witte stokje dat door blinden wordt gebruikt. Door hun onderzoek creëerden ze de SmartCane. Het apparaat geeft een soortgelijk signaal af aan vleermuizen om mogelijk gevaarlijke objecten te detecteren. Het apparaat maakt vast aan een standaard witte stok. Wanneer de golven terugkeren naar het apparaat, trilt het om de gebruiker te laten weten dat het een voorwerp op zijn of haar pad moet vermijden.
Hoewel vergelijkbare technologieën al bestaan, zoals het algemeen beschikbare Ultracane, wilden de ontwikkelaars van SmartCane een product maken dat niet alleen nuttig, maar ook betaalbaar is voor iedereen. De SmartCane verkoopt ongeveer $ 50, vergeleken met de $ 1.000 Ultracane.
5 kevers en wateroogst
Engineering van effectieve manieren om water te oogsten is een van de grootste uitdagingen van het moderne tijdperk geweest. Water is zo'n kostbare hulpbron dat het moeilijk te geloven is dat een wezen het alleen maar uit de lucht zou kunnen halen. echter, de Stenocara gracilipes kever kan dat precies doen.
Deze kever is inheems in de Namib-woestijn aan de kust in Zuidwest-Afrika, een van de populairste en meest onverwelkbare plaatsen op aarde. Wanneer de wind de mist binnenvliegt uit de oceaan, verzamelen waterdruppels zich langs een reeks glasachtige hobbels langs de rug van de kever. De druppels lopen vervolgens langs kleine kanalen naar de mond van de kever. Dit proces is cruciaal voor het overleven van het insect, omdat de mist maar ongeveer zes keer per maand rolt.
Er zijn meerdere pogingen van onderzoekers geweest om deze bruikbare vaardigheid te repliceren. Zo hebben wetenschappers van het Britse ministerie van Defensie in 2001 onderzoek gedaan naar het creëren van tenten en dakpannen die water kunnen verzamelen in droge streken. Een bedrijf genaamd NBD Nano werd ook geïnspireerd door de kever. Het bedrijf is opgericht door vier afgestudeerden met een diploma in biologie, organische chemie en werktuigbouw, en streeft naar een zelfvullende waterfles op basis van de schaal van de kever. Vanaf 2012 produceerden ze een prototype om op de markt te brengen.
4 zeesponsen en zonnepanelen
Op het eerste gezicht lijkt de spons van oranje puffball er misschien niet zo veel uit. Waar kan iemand het nog meer voor gebruiken, behalve een trendy doucheaccessoire? Het blijkt dat deze eenvoudige ongewervelden een speciaal vermogen hebben om silicium uit zeewater te oogsten en het te gebruiken om hun sponsachtige lichamen op te bouwen. Dit proces kan mogelijk een manier zijn om goedkopere, milieuvriendelijkere zonnepanelen te bouwen.
Fabrikanten maken doorgaans zonnepanelen door chemicaliën op een inert oppervlak te leggen om een dunne, kristallijne laag te creëren. De laag fungeert als een halfgeleider die een elektrische stroom genereert wanneer zonlicht het raakt. Dit hoge temperatuur, lagedrukproces is energie-intensief en daarom duur.
Onderzoeker Daniel Morse en zijn team aan de University of California Santa Barbara hebben een manier bedacht om het vermogen van de oranje puffballspons om silicium te maken te imiteren zonder gebruik te maken van hoge temperaturen en lage druk. De spons presteert zo goed dankzij een enzym genaamd silicateïne, dat helpt om kiezelzuur in zeewater om te zetten in silica spikes.
Door vloeibaar zinknitraat te gebruiken in plaats van zeewater en ammoniak in plaats van silicaatin, kon het team het proces van de zeespons repliceren en toepassen op zonnecellen. Het proces moet verder worden ontwikkeld, maar het is een veelbelovende manier om zonne-energie voor iedereen toegankelijker te maken.
3 Wood Wasps en Space Drills
Gereedschappen die zijn gebouwd voor gebruik in de ruimte hebben meestal dezelfde problemen: ze zijn omvangrijk, werken langzaam en zuigen grote hoeveelheden stroom op. De ruimteoefening is geen uitzondering. Nog problematischer, de beweging van oefeningen in aarde-stijl kan ze doen zweven in een omgeving met weinig zwaartekracht.
Betreed de grote wesp. Ook bekend als de horntail wesp, de vrouwtjes van deze soort sport een legboor, een puntige buis-achtige structuur gebruikt voor het leggen van eieren, aan de achterkant van hun bodies.She legt eieren door het vinden van een geschikte boom, het drijven van de legboor in de kofferbak, en het deponeren van de eieren in de kofferbak. Het hele proces schaadt haar helemaal niet, wat indrukwekkend is, gezien het feit dat dit kleine insect haar lichaam feitelijk in massief hout drijft.
In 2006 bracht een team van vier wetenschappers van de Universiteit van Bath in het Verenigd Koninkrijk een paper uit waarin ze een ruimteboor voorstelden naar het voorbeeld van de vrouwelijke houtwesp. Deze boor is krachtig genoeg om door vast gesteente te boren met hetzelfde ontwerp als de legboor. Julian Vincent, hoogleraar biomimetica, zei dat het moeilijkste was om ruimtevaartorganisaties het nieuwe ontwerp te laten accepteren. Hij zegt dat ruimtetechnici meestal geen gebruik maken van nieuwere technologieën als de huidige nog steeds werkt.
2 Vlinders en niet-verblindende schermen
Vlinders zijn erg goed in het inspireren van visuele technologie, dus het is geen verrassing dat het geheim van het elimineren van de verblinding van mobiele telefoonschermen ook van deze mooie wezens zou kunnen komen. In 2015 deden Duitse onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology een verrassende ontdekking: de aanwezigheid van onregelmatig gevormde, nanoscopische structuren op de vleugels van de glasswing-vlinder elimineert het meeste gereflecteerde licht. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Onderzoek naar de toepassing van deze technologie op schermen van mobiele apparaten is nog in volle gang. Als het gelukt is, kun je een kus kussen om je telefoon buitenshuis te lezen.
1 termieten en groene gebouwen
Een verbazingwekkende prestatie van de natuur gevonden in heel Afrika is de machtige termietenheuvel. Deze gebouwen zijn volledig van aarde gebouwd en kunnen verrassend grote en huisachtige kolonies van termieten bevatten. Niet alleen dat, maar ze hebben ook een zeer effectieve methode voor het regelen van temperatuur en ventilatie. Ten eerste zijn de heuvels meestal gebouwd met een noord-zuid oriëntatie. Hierdoor kan de heuvel warmte opnemen in zijn basis wanneer de zon laag is en om te veel blootstelling aan warmte te vermijden tijdens het heetste deel van de dag. Termieten openen en sluiten een reeks openingen in de heuvel om de warme lucht die omhoog komt door de basis van de structuur te regelen. Geweldig, toch?
Ingenieurs over de hele wereld hebben kennis genomen van de ontwerpcapaciteiten van de termieten en deze aangepast voor menselijk gebruik. Het Eastgate Center in Harare, Zimbabwe, het grootste winkel- en kantorencomplex van het land, is gebouwd op basis van groene architectuurprincipes geïnspireerd op termietenheuvels. Dit gebouw heeft geen conventionele verwarmings- of koelsystemen, maar gebruikt een passief systeem bestaande uit ventilatoren en ventilatiegaten om de temperaturen het hele jaar door te regelen. Het werd ontworpen door de lokale architect Mick Pierce, die ook een soortgelijk gebouw in Melbourne, Australië ontwierp.