Biomimetica Come la natura ha ispirato la tecnologia di oggi
La tecnologia e la natura sono state tradizionalmente considerate come forze divergenti: la tecnologia spesso è stata un mezzo per creare oggetti o energie che non si verificano naturalmente nel nostro ambiente circostante. Tuttavia, nuovi approcci allo sviluppo di prodotti e tecnologie come biomimicry e design generativo hanno iniziato a invertire questa tendenza.
Il design generativo è il processo di prendere il quadro di un'idea e tradurlo in un insieme di regole, che vengono poi interpretate da un computer ad alta potenza. Simulando migliaia di variazioni utilizzando l'elaborazione ad alta potenza, questo processo imita il processo naturale dell'evoluzione.
Jeff Kowalski, Chief Technology Officer presso Autodesk, descrive il processo di progettazione generativa, “Gli algoritmi di apprendimento automatico nei computer ora possono rilevare modelli inerenti a milioni di modelli 3D e generare tassonomie senza direzione o intervento da parte degli esseri umani.” La biomimetica è “un approccio all'innovazione che cerca soluzioni sostenibili alle sfide umane di emulando schemi e strategie collaudati della natura.”
Di seguito esaminiamo 10 esempi epici di tecnologia ispirata alla natura che utilizzano questi concetti di biomimetica e / o design generativo.
1. Farmaci e vaccini: riccio di mare
Ricercatori australiani hanno replicato il modo in cui i ricci di mare costruiscono un involucro esterno duro intorno a sé per proteggere i farmaci e le proteine vaccinali dai cambiamenti delle temperature circostanti.
Questo processo chimico di creazione di uno strato protettivo è particolarmente utile per applicazioni come farmaci che vengono distribuiti in paesi con sistemi di trasporto o di refrigerazione inadeguati.
2. Centro acquatico nazionale, Pechino - Struttura a bolle
L'iconico centro immersioni e nuoto delle Olimpiadi estive della Cina del 2008 presenta un esterno unico nel suo genere composto da centinaia di bolle estruse in uno schema apparentemente casuale.
Tuttavia, questo modello di bolle non è affatto casuale, è invece basato sulla geometria precisa che si trova in sistemi naturali come cellule, strutture molecolari e cristalli. La replica degli schemi esistenti della natura porta alla suddivisione più efficace della spaziatura tridimensionale.
3. Teatri di Singapore Esplanade - The Durian
Situato quasi all'equatore in un clima molto caldo, i teatri Esplanade a Singapore presentano un design del tetto davvero unico, con la pelle di vetro che è stato ispirato dal frutto locale del Durian.
Un sistema di centinaia di pannelli in alluminio di forma triangolare sono angolati in base alla direzione del sole, proteggendo il complesso dal calore e dalla luce solare diretta mentre ancora inondano l'interno di luce naturale.
4. Miscelatori d'acqua - Calla Lillies
Le spirali centripete della calla hanno ispirato la tecnologia industriale di miscelazione dell'acqua sviluppata da Pax Scientific. Il design naturale del giglio è ideale per la sua capacità di assistere il flusso d'acqua.
La tecnologia del mixer corrispondente vanta la capacità di “far circolare 10 milioni di galloni con lo stesso footprint energetico di tre lampadine da 100 watt.”
5. Turbine - Pinna delle balene
Le pinne delle megattere presentano bordi irregolari e irregolari noti come tubercoli. È stato dimostrato che i tubercoli consentono una fluidodinamica molto maggiore rispetto alle alette a bordi levigati.
Traendo ispirazione dalle pinne dalle forme irregolari di queste balene giganti, sono state sviluppate aziende come WhalePower e altre “tubercolo” le pale per l'uso in ventilatori e turbine funzionano con un'efficienza molto maggiore rispetto alle pale tradizionali.
6. Costumi da bagno - Pelle di squalo
La pelle di uno squalo è composta da migliaia e migliaia di scale sovrapposte conosciute come “dentifricie dermiche”. Questi dentini interrompono la formazione di turbini di acqua turbolenta e consentono allo squalo di muoversi in modo più efficiente e veloce attraverso l'acqua.
Nelle Olimpiadi del 2008, Michael Phelps e altri nuotatori indossavano famosi abiti con un tessuto progettato per imitare le pelli di uno squalo e successivamente eclissato molti record del mondo esistenti. Sebbene queste tute siano ora proibite nelle gare di nuoto, l'idea di imitare i denticoli di uno squalo è oggi utilizzata sugli scafi delle barche per migliorare l'efficienza.
7. Bio-batterie: il corpo umano
Il corpo umano crea energia attraverso la reazione chimica nota come metabolismo. Quando una persona consuma carboidrati o zuccheri, gli enzimi nel corpo abbattono il glucosio e rilasciano energia. Gli scienziati stanno ora lavorando per creare batterie che funzionano con composti organici come lo zucchero per generare energia: una bio-batteria.
I ricercatori di diverse università, così come di aziende come la Sony, hanno lavorato per la parte migliore dell'ultimo decennio per creare una bio-batteria commercialmente valida. Nel 2007, Sony ha sviluppato con successo un prototipo di bio-batteria che utilizzava enzimi per creare un'emissione energetica sufficiente (50 mW) per alimentare un Walkman.
8. Materiale sintetico - GM Spider Silk
La seta creata dai ragni per tessere le loro tele è un supermateriale presente in natura. Perché i ragni sono di natura territoriale e cannibalica, “raccolta” la seta di ragno non è mai stata commercialmente valida, e anche una volta ottenuta, i singoli fili di seta di ragno sono così sottili da dover creare interi sistemi di filatura per tessere insieme i fili.
Tuttavia, una startup di Emeryville, in California, chiamata Bolt Threads, ha presumibilmente risolto la sfida utilizzando microrganismi geneticamente modificati. Se la tecnologia dimostra di essere valida, potrebbero includere potenziali casi d'uso “giubbotti antiproiettile, bottiglie d'acqua biodegradabili e corde di sospensione a ponte flessibili.”
9. Materiali impermeabili - Ali di farfalla
Nel 2013, un team di ingegneri del MIT ha sviluppato quello che è stato descritto come il materiale più idrorepellente mai prodotto. Il loro design è caratterizzato da un materiale con piccole creste di silicio che imitano i modelli trovati sulle ali della farfalla Morpho.
Il materiale è così efficace che alle temperature di supercool, l'acqua rimbalza sulla superficie più velocemente di quanto potrebbe congelare, suggerendo potenziali applicazioni per la tecnologia sulle ali degli aeromobili e sulle turbine oltre agli indumenti resistenti all'acqua.
10. Nastro adesivo - Gecko Toes
I piedi di un geco sono eccezionalmente appiccicosi per via dei loro “gruppi di lunghe e sottili strutture a forma di spatola chiamate setole che aumentano la superficie e amplificano le deboli attrazioni elettriche tra le dita e una superficie.”
Un gruppo di ricercatori dell'Università di Stanford recentemente sviluppato un materiale adesivo artificiale basato su questi concetti che ha permesso a uno studente laureato di scalare una parete di vetro usando due pad a misura di mano fatto dal materiale. Oltre alle pareti per arrampicata come Spiderman, la tecnologia ha potenziali applicazioni nel settore manifatturiero sostituire i sistemi esistenti che utilizzano la potenza di aspirazione o adesivi chimici.
Nota dell'editore: Questo post è scritto per Hongkiat.com da Andrew Armstrong. Andrew è un appassionato di tecnologia e consulente di marketing digitale con sede nella San Francisco Bay Area. Vive a San Mateo, in California, con sua moglie e suo figlio. Puoi raggiungerlo su Twitter.
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