Τι είναι το Biomimicry; Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι του;

Η φιλοσοφία της μοντελοποίησης προϊόντων, διεργασιών και πολιτικών για στοιχεία της φύσης είναι γνωστή ως βιομιμητική ή βιομιμητική.

Ως η πιο εργατική μορφή ζωής που έχει περπατήσει ποτέ στη γη, η ανθρωπότητα εμπνέεται συνεχώς από τις βέλτιστες πρακτικές γύρω του και συνεχώς δανείζεται από αυτές για να εξυψώσει την κατάσταση της ύπαρξής του.

Ο Μαχαρίσι Σουσρούτα, ένας λόγιος άγιος από την αρχαία Ινδία (600 π.Χ.), ο οποίος πιστώνεται ως οραματιστής πίσω από τη χειρουργική επέμβαση, βάσισε το σχέδιο των οργάνων του στα προφίλ των γνάθων διαφόρων ζώων.

Ο Maharishi Sushruta σχεδίασε χειρουργικά εργαλεία μετά από προφίλ γνάθων διαφόρων ζώων (Προστασία φωτογραφίας :Kaviraj Kunja Lal Bhishagratna/Wikimedia Commons)

Σε ένα άλλο παράδειγμα, ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι, ο άτυχος πολυμαθής που βασίλεψε κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης, έκανε σχέδια της πρώτης ιπτάμενης μηχανής. Παρόλο που το Macchina Volante, όπως ήταν γνωστό, δεν έφτασε ποτέ στο στάδιο της κατασκευής, περιλάμβανε φτερά που μοιάζουν με πτηνά και μια ουρά που ήταν μηχανοποιημένα για να φτερουγίζουν και να περιστρέφονται για να βοηθούν στην οδήγηση του σκάφους.

Το Macchina Volante είχε φτερά πουλιού και μια ουρά για να βοηθήσει στην πτήση (Προσφορά φωτογραφίας :Soldiers Alberto Mario/Wikimedia Commons)

Αυτή η φιλοσοφία προϊόντος για την αξιοποίηση του λειτουργικού σχεδιασμού από φυσικά στοιχεία είναι γνωστή ως βιομιμητική ή βιομιμητική. Αν και μπορεί να μην είναι τόσο ξεκάθαρο όσο να βλέπεις έναν άνθρωπο να πετάει με προσθετικά φτερά, σύγχρονοι αρχιτέκτονες και σχεδιαστές προϊόντων εξακολουθούν να χρησιμοποιούν βιομιμητικά για να κάνουν εξαιρετικά προϊόντα που όχι μόνο διατηρούν μια αισθητική γοητεία, αλλά είναι και βιώσιμα λειτουργικά.

Γιατί να μοντελοποιήσεις κάτι σύμφωνα με τη φύση;

Η ζωή υπάρχει στη Γη για πάνω από 3 δισεκατομμύρια χρόνια, εξελισσόμενη όχι μόνο για να επιβιώσει, αλλά και να ευδοκιμήσει σε μεταβαλλόμενες συνθήκες. Σε αυτό το σχέδιο εξέλιξης, υπάρχουν ήδη λύσεις σε πολλά προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι άνθρωποι καθημερινά. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτών των λύσεων είναι ότι είναι βιώσιμες στη φύση, σε αντίθεση με οτιδήποτε έχουν σχεδιάσει ποτέ οι άνθρωποι.

Ακολουθούν μερικά παραδείγματα για να λάβετε υπόψη σας:

1. Τα δέντρα μπορούν να τραβούν νερό από τις βαθύτερες ρίζες τους στα ψηλότερα φύλλα τους χωρίς τη βοήθεια μηχανικών αντλιών. Το κοκκινόξυλο Hyperion, για αναφορά, είναι το ψηλότερο δέντρο στον κόσμο σε περίπου 380 πόδια ή 35 ορόφους.
2. Οι ωκεανοί και τα δέντρα απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα όχι μόνο για να παρέχουν φρέσκο ​​οξυγόνο στους ανθρώπους, αλλά και για να χρησιμοποιούν τον απορροφούμενο άνθρακα για την κυτταρική κατασκευή.
3. Το μετάξι της αράχνης, η χημική ουσία που βοηθά τις αράχνες να περιστρέφουν τον ιστό τους, είναι τουλάχιστον 3 φορές πιο ισχυρό από το ατσάλι και βιοδιασπώμενο.
4. Το καμουφλάζ, ιδιαίτερα χρήσιμο κατά τη διάρκεια του πολέμου, είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των χαμαιλεόντων, οι οποίοι μπορούν να αλλάξουν το χρώμα του δέρματός τους για να ενσωματωθούν στο περιβάλλον τους.
5. Η ακουαπορίνη είναι τρύπες σε σχήμα κλεψύδρας στα ερυθρά αιμοσφαίρια που φιλτράρουν το νερό από αλατούχα διαλύματα πολύ πιο αποτελεσματικά από τη συμβατική όσμωση:δεν υπάρχει απόφραξη των φίλτρων, κάτι που συμβαίνει στην όσμωση.

Επίπεδα βιομιμητικών

Ανάλογα με τον βαθμό εξομοίωσης των διαδικασιών ζωής άλλων οργανισμών, τα βιομιμητικά μπορούν να ταξινομηθούν σε τρία επίπεδα σχεδιασμού:προϊόν, διαδικασία και πολιτική.

1. Βιομιμητικές σε επίπεδο οργανισμού

Αυτό αναφέρεται στην απλή αναπαραγωγή της μορφής ενός οργανισμού για να εμπνεύσει το σχεδιασμό του προϊόντος. Η πανταχού παρούσα κόλλα Velcro είναι ένα κλασικό παράδειγμα βιομιμητικής σε επίπεδο οργανισμού.

Ο εφευρέτης του Velcro, George de Mestral, εντυπωσιάστηκε από τη μικροσκοπική δομή των γρεζιών που κόλλησαν στη γούνα του σκύλου του. Η εξωτερική τους επιφάνεια έχει πολλές προεξοχές που έχουν μικροσκοπικά άγκιστρα μέσα τους. Όταν ο σκύλος βουρτσιζόταν από ένα φυτό, αυτά τα αγκίστρια κολλούσαν στις τρίχες του και παρασύρονταν, ενώ ήταν πολύ δύσκολο να αφαιρεθούν.

Τα γρέζια έχουν προεξοχές σαν αγκίστρια στις εξωτερικές τους επιφάνειες που προσκολλώνται σε ίνες, όπως τρίχες σκύλου, ύφασμα κ.λπ. (Photo Credit :A Daily Odyssey/ Shutterstock)

Το Velcro λειτουργεί σε ένα παρόμοιο σύστημα, που περιέχει μια επιφάνεια «αγκίστρου» και μια επιφάνεια «βρόχου». Όταν αυτές οι δύο επιφάνειες έρχονται σε επαφή με την εφαρμογή πίεσης, τα άγκιστρα εμπλέκονται με τους βρόχους, με αποτέλεσμα μια στιβαρή φυσική σύνδεση.
Είναι επίσης εύκολο να αποδεσμεύσετε ένα κομμάτι Velcro. Το μόνο που πρέπει να κάνει κανείς είναι να χωρίσει τις δύο επιφάνειες.

Το Velcro λειτουργεί με σύστημα αγκίστρου και βρόχου που βοηθά στη στερέωση (Φωτογραφία:Daniel Brasil/ Shutterstock)

Το Velcro είναι μια πολύ ευέλικτη μορφή στερέωσης, καθώς μπορεί να αναπτυχθεί σε διάφορες επιφάνειες σε διάφορες διαμορφώσεις. Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα του Velcro είναι ότι, σε αντίθεση με τις κόλλες, είναι επαναχρησιμοποιήσιμο. Το Velcro έχει μια σειρά από διαφορετικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των αντισεισμικών εξαρτημάτων για οικιακές συσκευές και έπιπλα.

2. Βιομιμητικές σε επίπεδο συμπεριφοράς

Στη συμπεριφορική βιομιμητική, οι σχεδιαστές στοχεύουν να αναπαράγουν τη συμπεριφορά ενός οργανισμού όταν έρχεται σε επαφή με άλλα στοιχεία. Αυτό εξηγείται καλύτερα από τους λωτούς που ανθίζουν στα έλη και παραμένουν φρέσκοι, παρά το περιβάλλον τους.

Οι υδρόφοβες ή υδατοαπωθητικές ιδιότητες του λωτού έχουν εμπνεύσει πολλές αυτοκαθαριζόμενες επιφάνειες (Photo Credit :Ricardo Reitmeyer &Daniel Brasil/ Shutterstock)

Τα πέταλα και τα φύλλα ενός λωτού είναι εξαιρετικά υδρόφοβα, που σημαίνει ότι παρουσιάζουν εξαιρετική απωθητικότητα στο νερό και τη βρωμιά, κοινώς γνωστές ως ιδιότητες αυτοκαθαρισμού. Αυτό έχει εμπνεύσει πολλά προϊόντα, όπως αυτοκαθαριζόμενα χρώματα, λεκέδες για υφάσματα και υδατοαπωθητικές επιστρώσεις για βαφές αυτοκινήτων.

3. Βιομιμητικές σε επίπεδο οικοσυστήματος

Όταν τα συστήματα μοντελοποιούνται ώστε να αποτελούν μέρος του φυσικού οικοσυστήματος, αντί να προέρχονται εν μέρει από αυτό, επιτυγχάνεται το υψηλότερο επίπεδο βιομιμητικής. Όλα τα στοιχεία ενός βιομιμητικού οικοσυστήματος είναι αλληλένδετα και αλληλοεξαρτώμενα.
Ένα σημαντικό παράδειγμα βιομιμητικής σε επίπεδο οικοσυστήματος είναι το Eastgate Centre στη Ζιμπάμπουε, το οποίο έχει σχεδιαστεί με βάση τους αναχώματα τερμιτών. Οι σωροί τερμιτών έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν σταθερές θερμοκρασίες στο εσωτερικό, ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις στις εξωτερικές θερμοκρασίες.

Το Eastgate Center στη Ζιμπάμπουε, το οποίο έχει διαμορφωθεί σύμφωνα με το πρότυπο ενός ανάχωμα τερμιτών, έχει πολλές καμινάδες και αεραγωγούς για να βοηθήσουν στον έλεγχο της θερμοκρασίας (Φωτογραφία:Andrew Paul Deer /Shutterstock &David Brazier/Wikimedia Commons)

Οι σωροί τερμιτών έχουν μια σειρά από λεπτές «καμινάδες» που απορροφούν τη θερμότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας, ενώ διατηρούν το εσωτερικό αρκετά δροσερό. Τη νύχτα, ο ζεστός αέρας, λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του, βγαίνει από αυτές τις καμινάδες. Στο κάτω μέρος του τύμβου υπάρχουν ανοιχτές οπές αερισμού, οι οποίες επιτρέπουν την είσοδο ψυχρού αέρα στο εσωτερικό.
Με παρόμοιο τρόπο, η χρήση πορώδους σκυροδέματος και καμινάδων με ανεμιστήρα επέτρεψε στους αρχιτέκτονες να αποκλείσουν τα συμβατικά συστήματα κλιματισμού στο Eastgate Centre, αλλά να διατηρήσουν κατοικήσιμες θερμοκρασίες στην κατά τα άλλα ημίξηρη Ζιμπάμπουε.

Περισσότερα παραδείγματα βιομιμητικών

Παρόλο που η πιο βιώσιμη μορφή βιομιμητικής βρίσκεται στο επίπεδο του οικοσυστήματος, δεν είναι πάντα δυνατό να εκτελεστεί. Ακόμη και οι βιομιμητικές σε επίπεδο προϊόντος και διεργασίας έχουν ως αποτέλεσμα καινοτόμα προϊόντα. Εδώ είναι μερικές άλλες απεικονίσεις της βιομιμητικής στον κόσμο μας.

1. Kingfishers and the Bullet train

Η μύτη που μοιάζει με αλκυόνα ενός τρένου με σφαίρες αποτρέπει τις ηχητικές εκρήξεις (Φωτογραφία :kaeja2525 &Vacclav/ Shutterstock)

Τα τρένα Bullet είναι συνώνυμα με τα ταξίδια υψηλής ταχύτητας και κινούνται μόνο σε αποκλειστικούς διαδρόμους. Όταν περνά μέσα από σήραγγες, η μύτη που μοιάζει με σφαίρα προκαλεί συσσώρευση κυμάτων αέρα χαμηλής συχνότητας, τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν καταστροφικές ηχητικές εκρήξεις στο πέρασμά της. Αυτό το πρόβλημα έχει λυθεί κάνοντας τη μύτη του τρένου με σφαίρα παρόμοια με το ράμφος μιας αλκυόνας, που επιτρέπει στο πουλί να βουτήξει στο νερό χωρίς να προκαλέσει πιτσίλισμα.

2. Ηλιακά πάνελ και η σπειροειδής διάταξη φυλλοταξίας

Η διάταξη των ηλιακών συλλεκτών σε φυλλοτακτικό μοτίβο βελτιώνει την απόδοσή τους (Φωτογραφία :AjayTvm &bella reji/ Shutterstock)

Η Phyllotaxy αναφέρεται στη διάταξη των φύλλων σε ένα στέλεχος φυτού με τρόπο που επιτρέπει τη μέγιστη συλλογή του ηλιακού φωτός. Λόγω αυτής της διάταξης, η φωτοσύνθεση από ένα φυτό παρουσιάζει πολύ υψηλή απόδοση 95%.

Όταν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, τα συστατικά στοιχεία των ηλιακών συλλεκτών, είναι διατεταγμένα με παρόμοιο μοτίβο, όχι μόνο καταλαμβάνουν πολύ λιγότερο χώρο, αλλά παρουσιάζουν και αυξημένη απόδοση. Για να το θέσουμε αυτό στην προοπτική, τα ηλιακά πάρκα με επίπεδη διάταξη έχουν απόδοση 30% και καταλαμβάνουν πολύ χώρο, σε σύγκριση με ένα ισοδύναμο ηλιακό δέντρο, το οποίο όχι μόνο είναι 50% πιο αποδοτικό, αλλά καταλαμβάνει μόνο λίγα τετραγωνικά πόδια χώρου.

3. Χρώμα χωρίς pigment και ηλεκτρονικές οθόνες

Η Qualcomm έχει αναπτύξει ενεργειακά αποδοτικές οθόνες που λειτουργούν στην επιλεκτική ανάκλαση του φωτός (Προσφορά φωτογραφίας:Katerina Cechova/Shutterstock &Qualcomm/Wikimedia Commons)

Οι πεταλούδες Morpho και τα παγώνια είναι γνωστά για τα όμορφα και αστραφτερά τους χρώματα. Ωστόσο, αυτή η μυριάδα χρωμάτων δεν δημιουργείται από χρωστικές ουσίες. Αντίθετα, η επιλεκτική ανάκλαση του προσπίπτοντος φωτός τους επιτρέπει να παράγουν χρώματα που δεν υπάρχουν εξαρχής. Αυτό έχει αξιοποιηθεί από τον τεχνολογικό γίγαντα Qualcomm για την ανάπτυξη πιο ενεργειακά αποδοτικών οθονών που παράγουν χρώματα αντανακλώντας συγκεκριμένα μήκη κύματος από κάθε pixel.

4. Αντιμικροβιακές επιφάνειες και δέρμα καρχαρία

Οι οδοντοστοιχίες στο δέρμα του καρχαρία έχουν εμπνεύσει πολλές αντιμικροβιακές επιφάνειες (Photo Credit :Pascal Deynat/Odontobase/Wikimedia Commons)

Αντί να απελευθερώνουν χημικές ουσίες για την καταπολέμηση της μικροβιακής ανάπτυξης στην επιφάνειά τους, οι καρχαρίες έχουν μικροσκοπικές οδοντοστοιχίες στο δέρμα τους που εμποδίζουν τη βιολογική ρύπανση. Ερευνητές της Sharklet Technologies έχουν αναπτύξει παρόμοιες επιφάνειες ανθεκτικές στα βακτήρια που μπορούν να βρουν ευρεία εφαρμογή σε νοσοκομεία που επί του παρόντος βασίζονται σε φυσικές και χημικές μεθόδους απολύμανσης.

5. Ανεμογεννήτριες και καμπουροφάλαινες

Τα αυλακωτά άκρα των πτερυγίων του στροβίλου, παρόμοια με τα φυματίδια στα βατραχοπέδιλα των φαλαινών, συμβάλλουν στη μείωση της οπισθέλκουσας του αέρα (Φωτογραφία:Kirill Dorofeev/ Shutterstock)

Οι άκρες των βατραχοπέδιλων μιας καμπουροφάλαινας έχουν φυματίδια που βοηθούν στη μείωση της οπισθέλκουσας. Αυτό έχει επηρεάσει τη σχεδίαση των πτερυγίων των ανεμογεννητριών για τη μείωση της οπισθέλκουσας του αέρα και την ταχύτερη κίνηση, παράγοντας έτσι περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια.