10 ongelooflijke vooruitgang in biomimicry

Biomimetica is de wetenschap van het kijken naar de natuur voor antwoorden op onze technologische problemen. Je gebruikt elke dag biomimetische technologieën. Velcro werd bijvoorbeeld uitgevonden nadat George de Mestral had opgemerkt hoe bramen kleine haakjes gebruikten om aan de vacht van zijn hond te kleven. En hoewel Velcro te alledaags is om iemand de hersens in te blazen, hebben we de afgelopen jaren exact hetzelfde proces gebruikt om technologieën te bouwen die niets minder dan ongelooflijk zijn.

10 UltraCane

In de natuur wordt echografie het meest beroemd gebruikt door vleermuizen om prooien te vinden. De wetenschap erachter is vrij eenvoudig: je schiet een geluidsgolf uit en registreert de hoeveelheid tijd die het kost voordat de echo terugkeert na het terugstuiten van iets. Als je weet hoe snel de geluidsgolf op reis is, kun je meten hoe ver het obstakel zich bevindt. Vleermuizen doen het op natuurlijke wijze. Mensen niet.

Onderzoekers aan de Universiteit van Leeds in het Verenigd Koninkrijk keken daarom naar vleermuizen voor inspiratie om een ​​ultrasone stok voor blinden te bouwen. Het idee was eenvoudig genoeg, maar wat ze niet voorzagen was de manier waarop het menselijk brein zo ontvankelijk werd voor het nieuwe zintuig. De stok werkt door ultrasone signalen uit te zenden, de responstijd van de echo's te meten en die gegevens om te zetten in trillingen in het handvat van de wandelstok. Naarmate een object dichterbij komt, worden de trillingen sterker.

Toen het riet werd getest, ontdekten ze dat de hersenen van de proefpersonen de input accepteerden en een nieuw soort ruimtelijk bewustzijn begonnen te bouwen, uitsluitend gebaseerd op trillingen die via hun handpalmen binnenkwamen. Na verloop van tijd stopten ze met het bewust voelen van de trillingen en bouwden ze onmiddellijk een mentale kaart van hun omgeving - hun geest sneed de middelste man uit ten gunste van een efficiëntere interpretatie van de gewaarwording.

9 Swarm Robotics

Harvard is niet de enige onderzoeksorganisatie die de bedoeling heeft om robots de mogelijkheid te geven om met elkaar te communiceren en van elkaar te leren. Het New Jersey Institute of Technology ontwikkelt ook een zwerm robots met een bijenkorfmentaliteit en ze zijn er al in geslaagd. Gemodelleerd naar het kolonie-gedrag van mieren, kan een robot de beslissingen van de andere robots oppikken en hun gedrag volgen - zonder enige programmering.

De robots zelf zien er niet uit als mieren - meer als futuristische ijsblokjes - maar elk heeft twee lichtsensoren die fungeren als de antenne van een mier en een spoor van feromonen oppikken. Individueel stom, de robots kunnen alleen naar voren bewegen en licht voelen. Elke robot werd gevolgd door een projector die op hun pad lichtvlekken verliet, een beetje als een spoor van broodkruimels, en elke keer dat een robot het pad van een andere robot bereikte, werden de lichten helderder.

Aan het begin van het experiment waren alle robots willekeurig en chaotisch aan het bewegen. Aan het einde kwamen ze samen in een trein na een enkel pad. Net als mieren maken ze geen "keuze" wanneer ze iets anders doen; het is allemaal gebaseerd op een kernprogramma dat hen vertelt een specifiek signaal te volgen. Bij mieren is dat signaal een feromoonspoor achtergelaten door andere mieren. Met zwermrobots is het licht.

8 Zelfreinigende verf

Niet alle ontwikkelingen in biomimicry hebben te maken met robots. In feite, de meerderheid niet; robots zijn gewoon interessanter om over te praten. Dat gezegd hebbende, een van de meest interessante biomimetische uitvindingen van de afgelopen jaren is een verf die is gemodelleerd naar de bladeren van de lotusbloem.

Lotusblaadjes zien er misschien glad uit, maar op microscopisch niveau zijn ze bedekt met miljoenen kleine puntjes. De spikes stoten vuil en water af door het oppervlak van het bladwater te minimaliseren, maar rolt er gewoon af omdat er niet genoeg contact is om een ​​attractie te bouwen. Daarmee ontwikkelde een Duits bedrijf een verf die een complexe microstructuur aan de buitenkant gebruikt om te voorkomen dat dingen aan de verf blijven kleven. Onder de microscoop ziet de gedroogde verf eruit als een surrealistisch landschap bedekt met sculpturen.

Vuildeeltjes kunnen nog steeds vast komen te zitten aan de uitsteeksels, maar de kleinste spat water zal ze losmaken. Met andere woorden, de verf is in wezen zelfreinigend. En net als de lotusblaadjes glijdt het water zelf eraf. NASA gebruikt ook het lotusidee om een ​​coating voor ruimtepakken en rovers te maken om te voorkomen dat bacteriën in de ruimte liften.

7 veelzijdige camera's

Als je een microscoop, veel tijd en een luie vlieg had, kon je alle afzonderlijke facetten in het oog van een huisvlieg tellen. Er zijn ongeveer 28.000, elk met zijn eigen lens en lichtgevoelige zenuw. Samengestelde ogen zijn een van de wonderen van de natuur: ze laten insecten tot 180 graden rondom hen zien en bieden een gevoel van diepte waar mensen alleen maar van kunnen dromen.

Met dat idee bouwden onderzoekers van de University of Illinois een veelzijdige camera die bestaat uit 180 lenzen, elk verbonden met een individuele fotodetector. De array werd gebouwd op een flexibele rubberen mat die vervolgens in een halfronde vorm werd gekromd. De invoer van alle lenzen is gecombineerd tot één afbeelding, dus u kijkt naar een normale afbeelding in tegenstelling tot bijvoorbeeld een hele reeks monitoren. En het hele ding - inclusief lenzen en elektronica - is slechts een centimeter (.4 in) in diameter.

Het doel van het team is om de camera's te gebruiken voor bewaking vanuit de lucht op robotachtige drones. Maar zelfs een stationaire camera zou een enorme verbetering zijn ten opzichte van de huidige camera's. Zet twee van deze "bug-ogen" achter elkaar en je hebt een beeld van 360 graden. Momenteel werken ze aan een nieuw model dat het aantal lenzen verdubbelt.

6 Shark Skin Coatings

Toen Michael Phelps zes gouden medailles won op de Olympische Spelen in 2004, droeg hij een zwempak genaamd Fastskin, ontwikkeld door Speedo. Fastskin is bedekt met kleine bultjes die de huid van een haai nabootsen. Hoewel de zwemkleding tegelijkertijd is verbannen en ondoeltreffend is verklaard, is het idee om haaienhuid te gebruiken als een model voor hi-tech materialen allerminst dood.

De huid van een haai is bedekt met een laag overlappende stukken die denticles worden genoemd. Ze zien eruit als microscopische tanden en wijzen naar de achterkant van de haai. Wanneer een haai zwemt, creëren de voorste randen van de denticles microvortices die de haai in wezen naar voren trekken, waardoor deze sneller kan zwemmen. En door de manier waarop ze buigen, kunnen andere organismen, zoals algen en zeepokken, het niet vastgrijpen. Dat is de reden waarom walvissen vaak worden aangetroffen bedekt met zeepokken, maar haaien nooit.

De Amerikaanse marine doet onderzoek naar toepassingen om op de haaihuid geïnspireerde coatings aan de buitenkant van hun onderzeeërs te gebruiken, waardoor ze beide sneller zouden zijn en voorkomen dat mossels en zeepokken zich opstapelen op hun rompen, waarvan de opruiming $ 50 miljoen per jaar is. job. Ziekenhuizen doen ook mee aan het spel: een materiaal dat bekend staat als Sharklet wordt al gebruikt op deurgrepen in de ziekenhuizen van Californië om te voorkomen dat pathogenen zoals E. coli koloniën vormen. Het beste deel is, omdat het geen chemisch afweermiddel is, bacteriën kunnen geen weerstand opbouwen.

5 SCRATCHBot

De zoektocht naar nieuwe manieren om de wereld te ervaren, is altijd geworteld in de dierenwereld. Door een robot te bouwen die eruit ziet en zich gedraagt ​​als een rat, hebben de wetenschappers van de University of Sheffield zich verdiept in een manier om te voelen dat mensen nooit zullen ervaren: snorharen. Gesynchroniseerd met SCRATCHBot, het enige doel van de robot is om te dienen als een voertuig voor geavanceerde synthetische snorharen - en een brein dat de gegevens kan interpreteren en in gebruik kan nemen.

Omdat ratten meestal nachtdieren zijn, gebruiken ze vaak hun snorharen om meer dan hun gezichtsvermogen te navigeren. Bij het recreëren van een set functionele snorharen, gebruikten de onderzoekers glasvezelstaven met Hall-effectsensoren (sensoren die verschillen in spanning meten op basis van een stroom en een magnetisch veld). Kleine magneten in de snorharen zorgen voor het magnetische veld en wanneer de snorharen ergens tegenaan botsen, vangen de sensoren de spanningsverandering ten opzichte van de beweging van de magneten. Hierdoor kan de SCRATCHBot objecten "door de snorharen" zien.

Het "brein" van de rat is een pc-gebaseerd neuraal model dat informatie ontvangt van de snorharen, het verwerkt en een commando naar de benen stuurt (draai naar links, draai rechts, enz.). Het hele ontwerp is gebaseerd op een ongelooflijk domme rat - het heeft geen cortex op hoog niveau, maar kan nog steeds de basismotorfuncties bedienen.

4 Organische zonnecellen

Kleurstofgevoelige zonnecellen zijn een soort zonnecellen die een speciale vorm van kleurstof gebruiken om zonne-energie op te vangen. Wanneer zonlicht de kleurstof raakt, reageren de moleculen en produceren ze elektriciteit. Deze zonnecellen zijn goedkoper dan hun silicium-tegenhangers, maar ze hebben één probleem: de kleurstof heeft de neiging na korte tijd af te breken, waardoor je feitelijk een nutteloos stuk plastic achterlaat.

Maar het mechanisme van de kleurstof verschilt niet veel van wat je aantreft in de natuurlijke fotosynthese wanneer een plant zonlicht omzet in energie. Onderzoekers aan de North Carolina State University begonnen daarom naar kamerplanten te kijken om te zien wat hen anders maakte. Het resultaat was een zonnecel met een intern vasculair systeem dat kleurstof door een vertakt netwerk van aderen cycli. Wanneer de kleurstof degradeert tot het punt dat het geen elektriciteit meer produceert, wordt het uit de cyclus gehaald en vervangen door een nieuwe stroom verf, zoals een plant die voedingsstoffen aan zijn bladeren aflevert.

3 De T8 SpiderBot

Als spinnen het spul zijn waaruit nachtmerries worden geboren, is de T8 Octopod Robot een nachtmerrie met een prijskaartje. Roboticisten proberen al jaren de architectuur van een spin na te bootsen. Met acht poten krijg je een ongekend niveau van stabiliteit, wat perfect is voor zoek-en reddingsrobots in rampgebieden. En hoewel we andere versies van spiderachtige robots hadden, was het altijd moeilijk om er een te ontwerpen met voldoende interne controle voor alle acht poten om tegelijk te bewegen, terwijl het vermogen om afzonderlijk te bewegen indien nodig nog steeds kon worden behouden.

De T8 Octopod Robot maakt gebruik van een unieke bewegingsmotor die specifiek is ontworpen om dat obstakel te overwinnen. Het wordt op afstand bestuurd en met een eenvoudige opdracht zal de ingebouwde processor de beenbaan, motorbesturing en inverse kinematica berekenen om de 26 afzonderlijke motoren te coördineren. Het resultaat is bijna te levensecht.

2 Self-Healing Circuits

Geïntegreerde circuitchips worden gebruikt in vrijwel elk elektronisch apparaat dat tegenwoordig wordt gemaakt, en ondanks hun kleine formaat hebben de meeste chips miljoenen transistors verspreid over een oppervlak dat niet breder is dan het uiteinde van een spijker. Als een klein stukje breekt, wordt het hele ding nutteloos. Maar wat als uw mobiele telefoon of uw computer zichzelf zou kunnen herstellen als een immuunsysteem dat een infectie bestrijdt? Dat zou in de nabije toekomst een zeer reële mogelijkheid kunnen zijn.

Technici van het California Institute of Technology hebben wat ze noemen "onverwoestbare circuits" genoemd. Om aan te tonen, hebben ze er een onder een microscoop geplakt, met een laser gesmolten en een manier gevonden om te blijven werken. De chips zijn microscopisch; het zou ongeveer 75 kosten om het gezicht van een cent te dekken. Naast alle circuits die nodig zijn voor het hoofddoel van de chip, bevat elke chip ook een verscheidenheid aan sensoren en een ingebouwde centrale processor die schade detecteert en de meest efficiënte manier bedenkt om alles weer operationeel te krijgen.

Ze hebben tientallen chips getest die zijn uitgerust met het zelfherstellend vermogen en ongeacht welk deel van de chip wordt vernietigd, het vindt altijd een manier om de processen van het circuit in minder dan een seconde om te leiden. En het is niet voorgeprogrammeerd voor specifieke bedreigingen, zoals het immuunsysteem van het lichaam, het beoordeelt de schade op zichzelf en zoekt uit welke acties het moet nemen. Het enige wat we nog moeten doen, is John Connor vinden.

1 Parasitaire huidtransplantaties

Er is een parasiet genaamd de Pomphorhynchus laevis die spikes in zijn hoofd gebruikt om een ​​gat in de darmen van een dier te scheuren, waarna het zijn kop naar binnen schuift en zijn lichaam opblaast om zichzelf op zijn plaats te houden. Het is dit onwaarschijnlijke wangedrocht dat medische onderzoekers heeft geïnspireerd om een ​​nieuw type huidtransplantaat te ontwikkelen. Huidtransplantaties zijn huidplakjes die van het ene lichaamsdeel naar het andere worden getransplanteerd, meestal om een ​​ernstige verbranding te verdoezelen.

Tot nu toe werden huidtransplantaten meestal op hun plaats gehouden met nietjes, die een hoog risico op infectie hebben. Deze nieuwe biomimetische huidtransplantatie kopieert bijna alles van de meest angstaanjagende parasiet waar je vandaag waarschijnlijk over zult lezen. Het transplantaat heeft een cluster van micronaaldjes die opzwellen wanneer ze worden blootgesteld aan water. De naalden gaan vrij gemakkelijk in de huid en eenmaal binnen blazen ze uit als een ballon om het transplantaat op zijn plaats te houden. Een ander voordeel ten opzichte van nietjes, dat eigenlijk het weefsel om hen heen scheurt, is dat de micronaaldjes Duwen weefsel opzij, in plaats van het te beschadigen.