10 utrolige fremskridt inden for biomimicry

Biomimetik er videnskaben om at kigge efter naturen til svar på vores teknologiske problemer. Du bruger biomimetiske teknologier hver eneste dag. Velcro blev for eksempel opfundet efter at George de Mestral havde bemærket, hvordan burrs brugte små kroge til at holde fast i sin hunds pels. Og mens velcro er for almindeligt at blæse nogen sinde, har vi i de senere år brugt den nøjagtigt samme proces til at opbygge teknologier, der ikke er noget helt utrolig.

10 UltraCane

I naturen er ultralyd mest berømt brugt af flagermus til at finde bytte. Videnskaben bag den er temmelig simpel: Du skyder en lydbølge ud og registrerer hvor meget tid det tager at ekkoet vender tilbage efter at have hoppet ud af noget. Hvis du ved, hvor hurtigt sonic wave er på vej, kan du måle, hvor langt væk forhindringen er. Flagermus gør det naturligt Mennesker gør det ikke.

Så forskere ved University of Leeds i Storbritannien kiggede på flagermus for inspiration til at bygge en ultralydstok til blinde mennesker. Ideen var simpel nok, men det, de ikke forudså, var den måde, den menneskelige hjerne blev så modtagelig for den nye forstand. Røret virker ved at udsende ultralydsignaler, måle responstidspunktet for ekkoerne og omdanne disse data til vibrationer i stangen af ​​røret. Når et objekt kommer tættere, bliver vibrationerne stærkere.

Når røret blev testet, fandt de, at forsøgspersonernes hjerner let accepterede indgangen og begyndte at opbygge en ny type rumlig bevidsthed baseret udelukkende på vibrationer, der kommer ind gennem deres palmer. Over tid stoppede de bevidst følelsen af ​​vibrationerne og byggede et øjeblikkeligt mentalt kort over deres omgivelser - deres sind skar ud mellemmanden til fordel for en mere effektiv fortolkning af sensationen.

9 Swarm Robotics

Harvard er ikke den eneste forskningsorganisation, der har til hensigt at give robotter mulighed for at kommunikere og lære af hinanden. New Jersey Institute of Technology udvikler også en sværm af robotter med en bive mentalitet, og de har allerede lykkedes. Modelleret efter myrns koloniadfærd er en robot i stand til at afhente de andre robotters beslutninger og følge deres adfærd - uden programmering.

Roboterne selv ser ikke ud som myrer - mere som futuristiske isterninger - men hver har to lyssensorer, der virker som en antes antenner, der optager et feromonespor. Individuelt dumme, robotterne kan kun bevæge sig frem og mærke lys. Hver robot blev sporet af en projektor, der forlod lyspunkter langs deres sti, som et spor af brødkrummer, og hver gang en robot snuble over en anden robots vej, blev lysene lysere.

I begyndelsen af ​​eksperimentet bevægede alle robotterne tilfældigt og kaotisk. I slutningen konvergerede de til et tog efter en enkelt sti. Ligesom myrer gør de ikke et "valg", når de gør noget anderledes; det er alt baseret på et kerneprogram, der fortæller dem at følge et bestemt signal. Med myrer er dette signal et feromonespor forlod af andre myrer. Med swarm robotter er det let.

8 Selvrensende maling

Ikke alle fremskridt inden for biomimicry har at gøre med robotter. Faktisk gør flertallet ikke det; robotter er bare mere interessante at tale om. Når det er sagt, er en af ​​de mest interessante biomimetiske opfindelser de seneste år en maling, der er modelleret efter lotusblomstens blade.

Lotus blade kan se glat ud, men på mikroskopisk niveau er de dækket af millioner af små spikes. Spidserne afviser snavs og vand ved at minimere overfladearealet af bladvandet, bare ruller væk, fordi der ikke er nok kontakt til at opbygge en attraktion. Med det som en model udviklede et tysk firma en maling, der bruger en kompleks mikrostruktur på ydersiden for at forhindre ting i at klæbe i maling. Under et mikroskop ser den tørrede maling ud som et surrealistisk landskab dækket med skulpturer.

Snavspartikler kan stadig blive fanget på fremspringene, men det mindste sprøjt af vand vil fjerne dem. Med andre ord er malingen i det væsentlige selvrensende. Og som lotusblade glider vandet lige ud. NASA bruger også lotusidéen til at bygge en belægning til rumsække og rovers for at forhindre bakterier i at gå i rummet.

7 flerfarvede kameraer

Hvis du havde et mikroskop, meget tid og en doven flyve, kunne du tælle alle de enkelte facetter i et husflys øje. Der er omkring 28.000-hver med sin egen linse og lysfølsomme nerve. Sammensatte øjne er en af ​​naturens vidunder: De gør det muligt for insekter at se op til 180 grader omkring dem og give en dybdefølelse, som mennesker kun kan drømme om.

Ved hjælp af denne idé byggede forskere ved University of Illinois et multifacet kamera, der består af 180 linser, der hver er forbundet med en individuel fotodetektor. Arrayet blev bygget på en fleksibel gummimåtte, som derefter blev buet ind i en halvkugleform. Indgangen fra alle linserne er kombineret til et enkelt billede, så du ser på et almindeligt billede i modsætning til, f.eks. En bank af skærme. Og hele ting-linser og elektronik inkluderet-er kun en centimeter (.4 in) i diameter.

Holdets mål er at bruge kameraerne til luftovervågning på robotdroner. Men selv et stationært kamera ville være en enorm forbedring i forhold til nuværende kameraer. Sæt to af disse "bug eyes" tilbage og tilbage, og du har en 360 graders visning. I øjeblikket arbejder de på en ny model, der fordobler antallet af linser.

6 Shark Skin Coatings

Da Michael Phelps vandt seks guldmedaljer i OL i 2004, havde han en badedragt kaldet Fastskin, udviklet af Speedo. Fastskin er dækket af små bump, der efterligner en hajs hud. Selv om badetøjene er blevet banned samtidig og erklæret ineffektive, er ideen om at bruge hajhud som model for højteknologiske materialer langt fra død.

En hajs hud er dækket af et lag af overlappende stykker kaldet denticles. De ligner mikroskopiske tænder og peger mod hajens bagside. Når en haj svømmer, skaber dentiklens førende kanter mikrovorter, som i det væsentlige trækker hajen fremad, så den svømmer hurtigere. Og på grund af den måde, hvorpå de bøjer, kan andre organismer som alger og æggeskaller ikke tage fat på det. Det er derfor, hvaler er ofte fundet encrusted med æsler, men hajer er aldrig.

US Navy undersøger applikationer for at bruge hajhud-inspirerede belægninger på ydersiden af ​​deres ubåde, hvilket både ville gøre dem hurtigere og forhindre muslinger og spydkål fra at hale op på deres skrog, hvis oprydning er $ 50 millioner om året job. Sygehuse kommer også ind på spillet: Et materiale kendt som Sharklet bruges allerede på dørhåndtag på Californias hospitaler for at stoppe patogener som E. coli fra dannelse af kolonier. Den bedste del er, da det ikke er et kemikalieafstødningsmiddel, er der ingen måde for bakterier at opbygge en resistens.

5 SCRATCHBot

Søgen efter nye måder at opleve verden på har altid været forankret i dyrenes verden. Ved at opbygge en robot, der ser ud og virker som en rotte, har forskerne ved Sheffield University dømt til et middel til at opdage, at mennesker aldrig vil opleve: whiskers. Doblet SCRATCHBot, robotens eneste formål er at fungere som et køretøj for state-of-the-art syntetiske whiskers - og en hjerne, der kan fortolke dataene og sætte den i anvendelse.

Da rotter hovedsageligt er nattlige, bruger de ofte deres whiskers til at navigere mere end deres syn. Ved genskabelse af et sæt funktionelle whiskers brugte forskerne glasfiberstænger, der indeholdt Hall-effektfølere (sensorer der måler forskelle i spænding baseret på en strøm og et magnetfelt). Små magneter i whiskers giver magnetfeltet, og når whiskers børster mod noget, fanger sensorerne spændingsændringen fra magneternes bevægelse. Dette gør det muligt for SCRATCHBot at "se" objekter gennem whiskers.

Rottens "hjerne" er en PC-baseret neuromodel, der modtager information fra whiskers, behandler den og sender en kommando til benene (drej til venstre, drej til højre, osv.). Hele designet er baseret på en utrolig dum rotte - den har ingen cortex på højt niveau, men kan stadig betjene grundlæggende motorfunktioner.

4 organiske solceller

Farvefølsomme solceller er en type solcelle, der bruger en speciel form for farvestof til at optage solenergi. Når sollys rammer farven, reagerer molekylerne og producerer elektricitet. Disse solceller er billigere end deres siliciummodeller, men de har et problem: Farvestoffet har tendens til at bryde ned efter kort tid, hvilket i det væsentlige giver dig en ubrugelig kvadrat af plast.

Men farvestoffets mekanisme er ikke meget forskellig fra det, du finder i naturlig fotosyntese, når en plante omdanner sollys til energi. Så forskere ved North Carolina State University begyndte at se på kageplanter for at se, hvad der gjorde dem anderledes. Resultatet var en solcelle med et indre vaskulært system, der cykler farve gennem et forgrenet netværk af vener. Når farvestoffet nedbrydes til det punkt, at det ikke længere producerer nogen elektricitet, cykler den ud og erstattes med en frisk strøm af farvestof, som en plante, der leverer næringsstoffer til bladene.

3 T8 SpiderBot

Hvis edderkopper er de ting, hvorfra mareridt er født, er T8 Octopod Robot et mareridt med en pris. Robotikere har i mange år forsøgt at efterligne en edderkoppes arkitektur. Med otte ben opnår du en hidtil uset stabilitet, som er perfekt til søgnings- og redningsroboter i katastrofeområder. Og mens vi har haft andre versioner af spiderlike robotter, har det altid været svært at designe en med tilstrækkelig intern kontrol til alle otte ben til at bevæge sig sammen, samtidig med at vi bevarer evnen til at bevæge sig separat, når det er nødvendigt.

T8 Octopod Robot bruger en unik bevægelsesmotor designet specifikt til at overvinde denne forhindring. Det er fjernstyret, og med en enkel kommando vil indbordsprocessoren beregne benbane, motorstyring og inverse kinematik til at koordinere sine 26 individuelle motorer. Resultatet er næsten også naturtro.

2 selvhelende kredsløb

Integrerede kredsløbspåner bruges i stort set alle elektroniske enheder, der er oprettet i dag, og på trods af deres lille størrelse har de fleste chips millioner af transistorer spredt over en overflade, der ikke er bredere end spidsens hoved. Hvis et lille stykke går i stykker, bliver hele ting ubrugeligt. Men hvad nu hvis din mobiltelefon eller din computer kunne reparere sig som et immunsystem, der kæmper for en infektion? Det kan være en meget reel mulighed i den nærmeste fremtid.

Ingeniører fra California Institute of Technology har skabt det, de kalder "uforgængelige kredsløb." For at demonstrere, stakkede de en under et mikroskop, smeltede det med en laser og så på, at det var en måde at fortsætte med at arbejde på. Chipsne er mikroskopiske; det ville tage omkring 75 at dække ansigtet på en krone. Ud over alle de kredsløb, der er nødvendige for chipets hovedformål, indeholder hver chip også en række sensorer og en central processor, der registrerer skade og viser den mest effektive måde at få alt på igen og igen.

De har testet snesevis af chips udstyret med den selvhelbredende evne, og uanset hvilken del af chipet der er ødelagt, finder den altid en måde at omdirigere kredsløbets processer på mindre end et sekund. Og det er ikke forprogrammeret til nogen specifikke trusler, som kroppens immunsystem, det vurderer skaden alene og angiver hvilke handlinger det skal tage. Det eneste der er tilbage for os at gøre er at finde John Connor.

1 parasitære hudgraver

Der er en parasit kaldet Pomphorhynchus laevis der bruger pigge i hovedet til at rive et hul i et dyrs tarm, hvorefter det skubber hovedet inde og opblokerer sin krop for at holde sig på plads. Det er denne usandsynlige monstrosity, der har inspireret medicinske forskere til at udvikle en ny type hudtransplantat. Hudtransplantater er hudplaster, som transplanteres fra den ene del af kroppen til en anden, som regel for at dække en alvorlig forbrænding.

Hidtil blev hudtransplantater sædvanligvis holdt på plads med hæfteklammer, som har en stor risiko for infektion. Denne nye biomimetiske hudtransplantat kopierer derimod næsten alt fra den mest skræmmende parasit, du sandsynligvis vil læse om i dag. Graften har en klynge af mikronedler, der svulmer, når de udsættes for vand. Nålene går let ind i huden, og når de er inden i, blæser de ud som en ballon for at holde graften på plads. En anden fordel end hæfteklammer, der rent faktisk ender med at rive vævet omkring dem, er at mikronedlerne skubbe væv til siden, snarere end at skade det.