Kategorie:

Naśladując przyrodę – biomimikra

Mimikra to jedno ze zjawisk
obserwowanych w skali ewolucji biologicznej. Polega na upodabnianiu się jednego
gatunku do innego, w celu uzyskania jakichś korzyści. Standardowymi,
klasycznymi przykładami są niejadowite węże, chcące przypominać jadowite,
aby odstraszyć agresorów oraz rośliny, których części nadziemne imitują samice
niektórych owadów, dzięki czemu są zapylane przez samce. W tym wpisie będzie
jednak o czymś innym – o biomimikrze – czyli analogicznym stosowaniu rozwiązań
powstałych naturalnie, w przyrodzie, w świecie wynalazków. Artykuł jest
gościnnym wystąpieniem Mateusza z bloga Węglowy Szowinista.
biomimikra
(Pixabay)

Gecko
Gekony mogą wspinać się po
szkle, pozornie klejąc się do każdej powierzchi, choć ich łapki są suche.
Jak się okazuje wykorzystują one siły van der Waala. W mikroskali, łapki gekona
pokrywa coś na kształt szczeciny, drobnych włosków zakończonych “szpatułkami”.
Są one tak małe, że kiedy wchodzą w kontakt z inną powierzchnią do głosu
dochodzą oddziaływania między elektronami w atomach, tak zwane siły van der
Waala. Drobne fluktuacje w rozkładzie ładunków w zbliżonych cząsteczkach
sprawiają, że przyciągają się one wzajemnie. Kluczowa jest tu powierzchnia
kontaktu – stąd te drobne włoski, dostosowujące się do dowolnej powierzchni.
Wypracowane kształty
Można powiedzieć, że samoloty od
samego początku były inspirowane ptakami, ale to mylne. Samoloty wykorzystują
prędkość by nabrać siły nośnej, ptaki (kiedy nie szybują) głównie
wtłaczają powietrze pod siebie za pomocą mięśni. A jednak podglądanie
ptaków pomogło projektantom samolotów. Czubek skrzydeł odrzutowców generuje
silne wiry powietrza, które zwiększają opór (co podnosi zużycie paliwa)
oraz mogą przeszkodzić innym samolotom jeśli znajdą się zbyt blisko.
Podpatrując niektóre z szybujących ptaków, jak np. orły i bociany zauważono,
ustawione niemal pionowo pióra na końcach ich skrzydeł. Jak się okazało
świetnie redukują one wspomniane wiry i ocenia się, że wprowadzenie ich
odpowiedników w samolotach poprawiło ich wydajność nawet o dzięsięć procent.
Podglądanie ptaków pomogło
również konstruktorom japońskich Shinkansenów. Chcieli oni zredukować hałas
generowany przez superszybki pociąg i zauważyli, że nurkujące zimorodki,
wpadając z ogromną predkością pod wodę, wywoływały na powierzchni zaledwie
drobną falę. Nos pociągu w kształcie ptasiego dziobu okazał się idealny –
zmniejszył nie tylko hałas ale zwiększył wydajność, jednocześnie pozwalając na
jeszcze szybszą podróż.
Podwodne inspiracje
Innym dość znanym przykładem
biomimikry jest faktura skóry rekinów. Łuski w skali nano nie tylko zmniejszają
opór, ale jak się okazuje utrudniają przywieranie mikroorganizmom. Wolne od alg
ciała rekinów okazały się świetnym wzorem do naśladowania. Od lat 80tych pewne
zamieszanie wywołują kostiumy kąpielowe i pokrycia łodzi naśladujące rekinią
skórę. Jednocześnie świetnie sprawdzają się na poszyciach komercyjnych statków,
gdzie zwiększenie wydajności o choć jeden procent i zmniejszenie
zanieczyszczenia algami jest warte miliony.
Rozwiązania podwodnego świata
znajdują też zastosowanie na lądzie. Przednia krawędź płetw wielorybów nie jest
gładka, ale pokryta nieregularnymi guzkami. Raz jeszcze okazuje się, że w toku
ewolucji powstał kształt, który zmniejsza turbulencje i opór. Obecnie
inżynierowie wyposażają już w takie kształty łopaty wiatraków elektrowniach
wiatrowych.
Mrówki i pszczoły rozwiązujące problemy
Owady społeczne nie mają
centralnej kontroli. Królowa nie jest mózgiem ula czy kopca. Mimo to kolonie są
zdolne do rozwiązywania złożonych problemów i optymalizacji pracy. Najczęściej
zawdzięczają to pewnym formom komunikacji pomiędzy pojedynczymi, prostymi
osobnikami. Mrówki poszukując trasy do jedzenia kierują się feromonami. Mrówka
która znalazła pokarm wraca do mrowiska zostawiając na drodze zapach. Jeśli
droga jest krótka, to nie rozproszy się on zbyt szybko i nakieruje na cel
więcej krewniaczek. Pszczoły również kierują rozkładem sił w ulu za pomocą
ciągłej wymiany informacji.
Koncepcje te znajdują odbicie w
sieciach komputerowych gdzie algorytm mrówkowy pomaga łatwo odnajdywać dobre
trasy pomiedzy węzłami. Zachowania mrówek wykorzystywane są w balansowaniu
zużyciem energi w ośrodkach przemysłowych. Ostatnio coraz odważniej mówi się o
kontrolowaniu rojów robotów, by mogły wykonywać różne prace – od skali nano
(niszczenia komórek raka) po skalę makro (konstrukcje w kosmosie).
Motyle skrzydła
Przeciętny motyl waży mniej niż
gram. Dla takiego zwierzątka kropla wody może być wyrokiem śmierci – mogłaby
nie tylko wytrącić go z równowagi, ale wręcz u szkodzić skrzydło. Dlatego na
drodze ewolucji motyle wykształciły skrzydła, która zachowują potrzebne do lotu
właściwości a jednocześnie radzą sobie z wodą. Po raz kolejny to mikroskop
ujawnia sekrety natury.
Skrzydła pokrywa struktura
przypominająca malutką kratownicę. W tej skali do głosu dochodzi napięcie
powierzchniowe wody – jest ono na tyle duże, że krople mają minimalny kontakt
ze skrzydłem i po prostu się z niego ześlizgują. Powierzchnie takie obecnie
nazywa się superhydrofobowymi i można je nakładać na różne materiały za pomocą
farb i natryskiwanych środków. W ten sposób można oblać materiał błotem lub
betonem a ten pozostanie czysty, chronić lejek przed farbą a także chronić
powierzchnie przed korozją i oblodzeniem.

 

bioksiążka

 

Najnowsze wpisy

`

Liczba komentarzy: 9 na temat “Naśladując przyrodę – biomimikra

  1. Bardzi ciekawy artykuł. Czasem, jak patrzę na ludzi, to odnoszę wrażenie, że im również owe zjawisko nie jest obce…

  2. Miło jest tu czytać rzeczy o których zwyczajnie wiem bo nauczyłam się o nich w szkole 😀 Na prawdę, jak trafię na coś co znam i mam o tym pojęcie to aż się uśmiecham 😀

  3. Aaa… to teraz już wiem o co chodzi z tym ,,pancerzem rekina" 😀 Ale szczerze, większość z tych wywodów rozbroiła mój tok myślenia 🙂 ( mrówki)

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *