طبیعت برترین مهندس جهان: ۹ ترفند طراحی الهام گرفته شده از زیست شناسی

برای ایجاد ظرافت و بهره وری در طراحی طبیعت به عنوان یک معدن طلا محسوب میشود و در مقایسه با تکنولوژی امروزی ما،راه حل های طبیعت اغلب بهینه ،پر دوام،خودساز،به طور معمول قوی،سریع و سبک تر هستند.با وجود اینگونه ویژگی ها طبیعت همیشه یک الهام بخش بینظیر برای مهندسان بوده و باعث پیشرفت ما در تکنولوژی و بسیاری از علوم دیگر است.

از میان مجموعه ای از طرحهای الهام گرفته شده از طبیعت ما در ادامه ۹ طرح بسیار جالب و کاربردی در زمینه های تحقیقاتی و صنعتی که با الهام از زیست شناسی ایجاد شده اند را به شما معرفی میکنیم.

مرغان ماهی خوار و قطار شینکانسن

مهندسان موفق به ساخت یک مدل پیشرفته از قطارهای شینکانسن ژاپن شدند که دارای سرعت ۳۲۱ کیلومتر در ساعت بود اما این قطار به علت سرعت بالای خود پس از خروج از یک تونل باریک انفجار صوتی ایجاد میکرد و این امر موجب میشد تا سر و صدای قطار بیش از حد استاندارد های زیست محیطی باشد.

یک بخش از مشکل شکل گوله ای جلوی قطار بود که هوای مقابل را به جای برش،در جلوی خود تحت فشار قرار میداد.برای حل این مشکل مهندسین از شریجه  اغلب بی سر و صدا مرغان ماهی خوار (Kingfisher) در آب الهام گرفتند،مرغان ماهی خوار شکافتن آب و رد شدن از آن را به وسیله ی منقار دوکی شکل خود که به تدریج در قطر از نوک به سر افزایش می یابد انجام میدهند.در نتیجه با مدل سازی نوک و بینی قطار از روی منقار مرغان ماهی خوار،مهندسان شرکت راه آهن غرب ژاپن سری ۵۰۰  قطار شینکانسن را ۱۰ درصد سریع تر و با ۱۵ درصد مصرف برق کمتر در سال ۱۹۹۷ تولید کردند.

همانند یک درخت قوی

درختان و استخوان ها، قوی و نسبتا سبک وزن هستند.درختان برای توزیع تنش یکنواخت،چوب را در سنگین ترین نقاط بار اضافه میکنند و استخوان نیز با حذف کردن موادی که مورد نیاز نیست چارچوبهای اسکلتی خود را معین میکند.از اینرو مهندسین با استفاده از طرح ساختاری درختان و استخوان ها در نرم افزارهای طراحی،سعی نمودند تا وزن و عملکرد مواد را بهینه سازی کنند.

به طور مثال ماشین مفهومی Bionic شرکت مرسدس بنز با الهام گرفتن از درختان و ماهی های boxfish برای ایجاد استحکام بسیار بیشتر و وزن سبک تر در ماشین ها معرفی شد.با وجود اینکه این ماشین به مرحله تولید انبوه نرسید اما مرسدس اکنون نیز از اصول طراحی مشابهی در تولید ماشین جدید خود استفاده میکند.

بتن خود تعمیر Bendy

با ایجاد یک زخم یا برش کوچک در پوست ما،سیستم گردش خون و شبکه های سه بعدی میکرو عروقی بدن بسیار زود موادی برای کمک به ترمیم پوست آسیب دیده ما ارسال میکنند.

مهندسان دانشگاه میشیگان نیز بتن های ایجاد کرده اند که همانند پوست انسان قادر است ترک خوردگی و شکستگی های خود را ترمیم کند.آنها به جای استفاده از دانه های درشت شن و ماسه از میکرو فیبرهای خاصی برای تقویت سیمان استفاده کرده اند.الیاف بکار رفته در این به بتن این تونایی را به آن میدهد تا زمانی که تحت فشار قرار میگیرد به جای تجزیه و ترک خوردگی شدید بتواند خم شود و یا نهایتا ترکهای مویی در بتن ایجاد شود.همچنین وقتی که بتن در معرض رطوبت قرار گرفت نرم میشود و سپس توسط یون های کلسیم موجود در سیمان،تقویت و رشد می کند که این موضوع منجر میشود تا همه شکاف ها پر و بتن براحتی ترمیم شود علاوه بر اینکه استحکام اولیه خود را نیز حفظ میکند.

با وجود اینکه هزینه تولید این بتن ها سه برابر هزینه تولید بتن های معمولی است اما در طول زمان میتوانند در بسیاری از هزینه های نگه داری و ترمیم صرفه جویی کنند.

مبارزه با باکتری همانند کوسه ها

بر خلاف وال ها و گاوهای دریایی بر روی پوست کوسه ها جلبک و صدف های ریز رشد نمیکند این امر به علت وجود فلس های کوچکی به نام “پوست دندانه دار” (dermal denticles) است.

Sharklet یک سطح مهندسی شده میباشد که با الگوبرداری از پوست کوسه،مانع رشد باکتری در خود میشود.(شرکت سازنده Sharklet تولید کننده و فروشند فریم و پوشش های ضد باکتری و میکروب برای دستگاه های پزشکی است)

جمع آوری و ارسال اتوماتیک آب

شیطان خاردار یا Moloch horridus تمام آب مورد نیاز خود را از طریق کانالهای پوستی خود جمع آوری میکند،هنگامی که هوا در شب سرد میشود بدن مارموک شبنم هایی که بر روی پوستش ایجاد شده را جمع اوری میکند و آب را توسط مویرگ های موجود در بدنش به دهان خود میرساند.

حال اگر سیستمهای انفعالی جمع آوری و توزیع آب مقطر طبیعی با الهام گرفتن از روش جمع آوری آب شیطان خاردار در مناطق گمسیر و کویری ایجاد شوند میتواند برای میلیون ها نفر آب تازه و سالم را به ارمغان بیاورد.

یک نمونه بارز اینگونه سیستم ها سیستم تولید آب از رطوبت هوا Airdrop میباشد که چندی پیش آنرا در انزل وب معرفی نمودیم.

سوزن هایی با درد کمتر

نیش پشه با وجود اینکه باعث قرمزی و خارش بر روی پوست بدن ما میشود اما دارای درد بسیار کمی است.پشه برای نیش زدن ابتدا توسط دندانه های آلت مکیدن (نیش) خود قسمتی از بدن را که اعصابی کمتر در آنجا متمرکز است لمس و انتخاب میکند و سپس نیش خود را در یک سطح صاف از منطقه شناسایی شده فرو میبرد.

در دانشگاه کانسای در اوزاکا ژاپن مهندسان در طی تلاش برای ساخت یک سوزن با ایجاد درد کمتر توانستند سوزن های ریز با لبه های ناهموار ایجاد کردند که عملکردی همانند نیش پشه دارد و بر خلاف لوله های استوانه ای و تخت سوزن های سنتی،دو ساقه (لوله کمکی) در دو طرف سوزن اصلی تزریق وجود دارد که باعث میشود بیمار درد کمتری را در حین تزریق احساس کند.

تهویه مطبوع طبیعی

دما و رطوبت درون در درون تپه موریانه ها بدون توجه به رطوبت،خشکی و یا انجماد بیرونی آن تقریبا ثابت باقی می ماند،برای اینکار موریانه ها در طی روز یکسری از دریچه های سرمایشی و گرمایشی تپه را بسته یا باز میکنند.

هنگامی که برنامه ریزی مرکز خرید Eastgate و دفاتر آن در حراره زیمبابوه در حال انجام شدن بود،مایک پیرس معمار ساختار سرمایشی و گرمایشی تپه موریانه ها را بررسی کرد تا امروز مرکز خرید Eastgate از مراکز مشابه ۱۰ درصد انرژی کمتری مصرف کند.این صرفه جویی باعث شد تا نرخ اجاره دفاتر و.. نیز در این ساختمان کاهش یابد.

ساخت یک تخته موج سواری بهتر

امواج موجود بر روی لبه های کوهانی باله نهنگ به آن کمک میکند تا آب را براحتی و با ظرافت خاصی برش دهد.این برجستگی ها به نهنگ ها کمک میکند تا نیروی کششی موجود در آب را کاهش دهند و با محار کردن آب بدون توجه به ابعاد بزرگ خود در محافل تنگ نیز بتوانند به خوبی شنا کنند.

شرکت Fluid Earth توسعه دهنده تخته های موج سواری،باله های تخته های موج سواری خود را با الگو برداری از همین امواج موجود بر روی باله نهنگ ها تولید کرده است.

برچسب های RFID در زیر آب

لایه های ریز بر روی بال پروانه آبی morpho نور را در زوایای مختلف منعکس میکند و با تداخل الگوای ها باعث میشود ما شاهد چیزی همانند رنگین کمان باشیم.

کمپانی تولید کننده برچسب های RFID به نام Omni-ID،با مطالع بر روی اینگونه بازتاب ها در تلاش است تا برچسب های RFID تولید کند که میتوانند از بین تورهای سیمی موجود در زیر آب نیز خوانده شوند.با استفاده از یک مجموعه ی پیچیده از لایه های فلزی که بر روی امواج دریافتی تمرکز و آنها را دستکاری میکنند میتوان قابلیت ارسال یک سیگنال روشن و واضح را برای برچسبهای RFID در زیر آب را فراهم نمود.

منبع خارجی:wired

ویرایش و ترجمه:انزل وب