Milioni di anni di evoluzione hanno plasmato il mondo che ci circonda e creato molte cose incredibili. La biomimetica è quando osserviamo un tratto in natura e lo copiamo o parti di esso per la tecnologia e il design umano. Ci sono numerosi esempi eccellenti di biomimetismo in azione.
La biomimetica riguarda molti settori dell'attività umana. Dalla medicina alla ricerca, dall'industria all'economia, dall'architettura all'urbanistica, dall'agricoltura al management. Questo elenco non è esaustivo perché il biomimetismo è, soprattutto, una questione di come ci avviciniamo a queste aree di competenza. Pertanto, può applicarsi più o meno direttamente a tutti i settori.
Il concetto di biomimetica si basa su un'idea chiave: la natura opera sempre secondo i principi di economia ed efficienza, senza generare sprechi. Ricordate la frase di Lavoir "nulla si perde, nulla si crea, tutto si trasforma"? Ecco, l'idea è proprio questa. Indipendentemente dal campo di applicazione, la filosofia biomimetica si inserisce in una strategia globale di sviluppo responsabile e sostenibile che mira a riequilibrare l'utilizzo delle risorse del pianeta.
Cos'è la biomimetica?
La biomimetica, (come suggerisce il nome, è l'imitazione degli esseri viventi) mira a trarre ispirazione dalla selezione naturale e dalle soluzioni adottate dalla natura e tradurre i principi nell'ingegneria umana. È un metodo per creare soluzioni alle sfide umane emulando progetti e idee presenti in natura. È usato ovunque: negli edifici, nei veicoli e persino nei materiali.
La biomimetica come approccio è un bellissimo viaggio in ciò che possiamo imparare dalla natura e, nel processo, rafforziamo la nostra relazione e connessione con il mondo naturale. Questo è un elemento vitale per creare un mondo più sostenibile, più sano ed equo per tutti gli esseri umani e tutte le specie. Quindi abbiamo pensato che sarebbe stato divertente raccogliere alcuni degli esempi più degni di nota.
10 Fantastici esempi di biomimetica per bambini e studiosi
La biomimetica, come affermato, cerca ispirazione nella natura e nei sistemi naturali, utilizzando strategie ispirate alla natura per migliorare il design. Attraverso l'adattamento e l'evoluzione, il personaggio trascorre milioni di anni ad armeggiare per risolvere i problemi, finendo con alcune innovazioni da capogiro. L'inefficienza non dura da sola e ingegneri e progettisti umani spesso cercano soluzioni ai problemi moderni.
Ecco alcuni fantastici esempi di biomimetica nella scienza, nell'ingegneria e nell'innovazione che sono stati influenzati dal design ispirato alla natura per bambini e studiosi.
- Imitazione pelle di squalo per Swimsuit
- Treni proiettile ispirati agli uccelli Kingfisher (come quello della Disney)
- Turbine eoliche modellate sulle megattere
- Coleotteri e bottiglie d'acqua che si riempiono da sole
- Un assorbente shock come un picchio
- Mimetizzazione cefalopodi
- Sistemi di ventilazione ispirati alle termiti
- Jet ispirati agli uccelli
- Bava e velcro
- Ali di farfalla ed energia solare
1. Costume da bagno che imita la pelle di squalo
Gli squali sono uno dei più grandi predatori dei mari. Mentre gli squali sono ben noti per il loro acuto senso dell'olfatto e per i denti che si rigenerano rapidamente, una nuova ricerca potrebbe indicare la pelle della specie come la sua risorsa di nicchia più evolutiva.
La pelle di squalo è ricoperta da innumerevoli squame sovrapposte note come "denticoli dermici". Quando sono in movimento, questi dentelli dermici creano una zona di bassa pressione. Questo vortice del bordo d'attacco essenzialmente "tira" lo squalo in avanti e aiuta anche a ridurre la resistenza. Inutile dire che ci sono molte applicazioni per un tale design.
Gli scienziati hanno riprodotto i denticoli dermici nei costumi da bagno (ora vietati nelle principali competizioni) e sul fondo delle imbarcazioni. I costumi da bagno ispirati alla pelle di squalo hanno ricevuto molta attenzione mediatica durante le Olimpiadi estive del 2008, quando i riflettori erano puntati su Michael Phelps.
Speedo ha notoriamente incorporato la pelle di squalo biomimetico in una linea di costumi da bagno per le Olimpiadi del 2008. Secondo lo Smithsonian, il 98% delle medaglie alle Olimpiadi del 2008 sono state vinte da nuotatori che indossavano costumi da bagno in pelle di squalo. Da allora, la tecnologia è stata bandita dalle competizioni olimpiche.
Allo stesso modo, mentre molte specie acquatiche sono note per ospitare altre specie marine sul proprio corpo (come i cirripedi), gli squali rimangono relativamente "puliti", per così dire. Questi denticoli dermici microscopici aiutano anche gli squali a difendersi da microrganismi come alghe e cirripedi. La Marina degli Stati Uniti ha sviluppato un materiale, noto come Sharklet, basato su questo disegno cutaneo per contribuire a inibire la crescita marina sulle navi.
2. Treni proiettile ispirati agli uccelli del martin pescatore (come quello della Disney)
Gli uccelli del martin pescatore hanno becchi specializzati che consentono loro di tuffarsi nell'acqua per cacciare mentre fanno uno spruzzo minimo. Utilizzando questo nuovo muso, i treni della serie 500 di nuova generazione erano il 10% più veloci, consumavano il 15% in meno di elettricità e, cosa più importante, non avevano più "boom".
Quando gli ingegneri giapponesi si sono assunti l'arduo compito di aggiornare i loro treni ad alta velocità, il loro progetto ha incontrato uno sfortunato intoppo. Il problema non era portare questi treni alla velocità desiderata, ma piuttosto l'enorme quantità di rumore creata dallo spostamento dell'aria davanti ai treni. Quando i treni entravano nei tunnel, i veicoli spesso emettevano una forte onda d'urto nota come "tunnel boom".
La potenza delle onde d'urto ha anche causato danni strutturali a diversi tunnel. Per ridurre al minimo questo boom, gli ingegneri giapponesi hanno imitato il becco dell'uccello Kingfisher che provoca schizzi minimi quando entra nelle acque. Creando questa nuova forma del muso, i treni erano il 10% più veloci, consumavano il 15% in meno di elettricità e, cosa più importante, non c'era più "boom".
Questo tipo di processo innovativo è chiamato fotosintesi artificiale, in cui una foglia bionica crea idrogeno dalla luce solare. Questo ha la speranza di essere una potenziale svolta energetica globale dividendo l'acqua usando l'elettricità dal sole.
Questo tipo di combustibile rinnovabile non produce emissioni.
3. Turbine eoliche modellate sulle megattere
La megattera, ad esempio, utilizza pinne irregolari e tubercolari per la propulsione, il che sembra piuttosto controintuitivo. Queste balene hanno influenzato nuovi modelli di turbine eoliche.
Le balene, conosciute come il pesce più grande del mondo, nuotano nell'oceano da molto tempo e l'evoluzione le ha trasformate in una forma di vita super efficiente. Possono immergersi a centinaia di piedi sotto la superficie e rimanere lì per ore. Sostengono le loro enormi dimensioni nutrendosi di animali più piccoli di quanto l'occhio possa vedere e alimentano il loro movimento con pinne super efficienti e una coda. Questi sono resi possibili grazie alla presenza della sua gobba.
Le creste sulle pinne anteriori di una megattera, chiamate tubercoli, influenzano il modo in cui l'acqua scorre sopra le pinne. Crea flusso aerodinamico in acqua. I tubercoli consentono loro di nuotare ad alta velocità nonostante le loro grandi dimensioni.
Molti dei nostri moderni design aerodinamici si basano su principi piuttosto basilari. Per ottenere una portanza ottimale e una resistenza minima, sono fondamentali bordi slanciati e linee pulite. Tuttavia, in tutto il regno animale, molte specie sono capaci di una portanza eccezionale.
Gli scienziati della Duke University, della West Chester University e dell'Accademia navale degli Stati Uniti hanno scoperto che le protuberanze sul bordo anteriore di una pinna di balena aumentano notevolmente la sua efficienza, riducendo la resistenza del 32% e aumentando la portanza dell'8%. Queste pale regolate aiutano anche a generare la stessa quantità di energia a 10 miglia all'ora che le turbine convenzionali generano a 17 miglia all'ora.
Le aziende stanno applicando l'idea alle pale delle turbine eoliche, ai ventilatori di raffreddamento, alle ali degli aeroplani e alle eliche.
4. Coleotteri e bottiglie d'acqua che si riempiono da sole
Ormai non è più un segreto: l'accesso all'acqua è fondamentale per qualsiasi civiltà sostenibile e per la vita sul pianeta in generale. Mentre alcune zone del globo dispongono di abbondanti risorse idriche come laghi e fiumi, i climi più aridi devono accontentarsi di precipitazioni limitate.
La tecnologia derivata da un coleottero che prospera in uno degli ambienti più ostili della Terra potrebbe benissimo contribuire a dare il via alla prossima generazione di sistemi di raccolta di acqua pulita.
I coleotteri (coleotteri Stenocara) originari del deserto del Namib sopravvivono all'ambiente secco e aspro raccogliendo acqua sulla schiena grazie al loro design unico del guscio. Sono anche conosciuti come "maestri raccoglitori d'acqua". Puntano le ali verso la brezza dell'oceano e le protuberanze sulla schiena convogliano le goccioline d'acqua verso le loro bocche.
Gli ingegneri hanno creato una bottiglia d'acqua con protuberanze simili che raccolgono l'acqua e respingono l'acqua. Questo progetto potrebbe aiutare con gli sforzi di conservazione dell'acqua e rendere l'acqua più facilmente accessibile per le comunità nelle regioni aride.
I professionisti nelle professioni di conservazione o pianificazione comunitaria possono partecipare a più progetti di conservazione dell'acqua che coinvolgono questo metodo di ingegneria biomimetica. Circa 22 paesi in tutto il mondo utilizzano reti per raccogliere l'acqua dall'aria, quindi un tale aumento dell'efficienza potrebbe avere un grande impatto.
5. Assorbe gli urti come un picchio
I picchi sono noti per la loro eccezionale capacità di scavo. Le creature usano i loro becchi per nutrirsi di insetti e anche per creare angoli per se stessi senza subire ferite alla testa a causa del rapido e potente beccare.
Quando i picchi praticano questi fori, subiscono una decelerazione di 1200 forze gravitazionali (G) quasi 22 volte al secondo. Per metterlo in prospettiva, un grave incidente automobilistico fornirebbe l'equivalente di 120 G su un passeggero.
La ricerca condotta utilizzando scansioni TC presso l'Università della California, Berkeley, ha scoperto che i picchi hanno quattro strutture progettate per assorbire gli urti meccanici. Il becco semi-elastico dell'uccello, un'area di materiale "osseo spugnoso" dietro il cranio e il liquido cerebrospinale lavorano tutti all'unisono per prolungare il tempo in cui si verifica questa commozione cerebrale e quindi inibire la vibrazione.
Sulla base di queste strutture, gli ingegneri aerospaziali usano spesso queste strutture per progettare veicoli spaziali resistenti ai meteoriti e scatole nere per aeroplani che possono assorbire più forza prima di funzionare male. Questo design naturale può anche aiutare gli ingegneri aeronautici e aeronautici a sviluppare una tecnologia di maggiore qualità in futuro.
6. Mimetizzazione di cefalopodi
I calamari, come tutti i cefalopodi, sono in grado di brillare (bioluminescenza) oltre a cambiare il colore della loro pelle. Questa capacità mimetica li fa nascondere ai predatori, mentre la bioluminescenza permette loro di comunicare e/o attrarre una compagna. Questo comportamento complesso è prodotto da una rete di cellule e muscoli della pelle specializzati.
I ricercatori dell'Università di Houston hanno costruito un dispositivo simile in grado di rilevare ciò che lo circonda e abbinarlo in pochi secondi. Questo primo prototipo utilizza una griglia pixellata flessibile che utilizza attuatori, sensori di luce e riflettori. Quando i sensori di luce rilevano un cambiamento nell'ambiente circostante, viene inviato un segnale al diodo corrispondente.
Questo crea calore nell'area e la griglia termocromatica cambia colore. Questa "pelle" artificiale potrebbe avere applicazioni sia militari che commerciali lungo la strada.
7. Sistemi di ventilazione ispirati alle termiti
Le termiti subiscono spesso un brutto colpo a causa delle loro proprietà distruttive. Tuttavia, le termiti sono famose per aver creato alcuni dei più elaborati sistemi di ventilazione per il raffreddamento del pianeta. Anche in alcuni dei luoghi più caldi, questi termitai rimangono eccezionalmente freschi all'interno. Mentre la temperatura esterna oscilla selvaggiamente durante il giorno da bassa ad alta temperatura, l'interno di una tana di termiti si mantiene stabile a una temperatura confortevole.
Grazie a una complessa rete di sacche d'aria create ad hoc, i cumuli generano un sistema di ventilazione naturale per convezione. Questo è un esempio di come i professionisti dell'edilizia e dell'architettura possano utilizzare elementi naturali e materiali sostenibili per migliorare la sicurezza e la qualità di un progetto edilizio in climi caldi.
Ad esempio, l'East Gate Shopping Centre di Harare, Zimbabwe, che è alto 333,000 piedi quadrati, utilizza il 90 percento in meno di energia per riscaldare e raffreddare rispetto agli edifici tradizionali, ha grandi camini che aspirano naturalmente aria fresca durante la notte per abbassare la temperatura del lastre del pavimento, proprio come le tane delle termiti.
8. Ispirato agli uccelli Jets
Gli uccelli possono aumentare la distanza del loro volo di oltre il 70 percento con l'uso della forma a V. Gli scienziati hanno scoperto che quando uno stormo assume la familiare formazione a V quando un uccello sbatte le ali, crea una piccola corrente ascensionale che solleva l'uccello dietro.
Quando ogni uccello passa, aggiunge la sua energia al colpo, aiutando tutti gli uccelli a mantenere il volo. Ruotando il loro ordine attraverso la pila, distribuiscono lo sforzo.
Un gruppo di ricercatori della Stanford University pensa che le compagnie aeree passeggeri potrebbero realizzare risparmi di carburante adottando la stessa tattica. Il team, guidato dal professor Ilan Kroo, immagina scenari in cui i jet degli aeroporti della costa occidentale si incontrano e volano in formazione in rotta verso le destinazioni della costa orientale.
Viaggiando a forma di V con gli aerei che si alternano davanti come fanno gli uccelli, Kroo e i suoi ricercatori pensano che gli aerei potrebbero usare il 15 percento in meno di carburante rispetto al volo da soli.
9. Bava e velcro
Il velcro è un esempio ampiamente noto di biomimetismo. Potresti aver indossato scarpe con cinturini in velcro da giovane e non vedi l'ora di indossare lo stesso tipo di scarpe in pensione.
Il velcro è stato inventato dall'ingegnere svizzero George de Mestral nel 1941 dopo aver rimosso le sbavature dal suo cane e deciso di dare un'occhiata più da vicino a come funzionavano.
I piccoli ganci trovati all'estremità degli aghi di bava lo hanno ispirato a creare l'ormai onnipresente velcro. Pensaci: senza questo materiale, il mondo non conoscerebbe il Velcro jumping, uno sport in cui le persone vestite con tute complete di velcro tentano di lanciare i loro corpi il più in alto possibile su un muro.
10 Ali di farfalla ed energia solare
La farfalla “rosa comune” riscalda il suo corpo assorbendo la luce del sole con le sue ali. Studiando le sue ali al microscopio elettronico, i ricercatori hanno scoperto buchi nei loro corpi che disperdevano la luce del sole e li mantenevano caldi.
Grazie a questo meccanismo, i ricercatori hanno creato una sottile pellicola di silicio che riproduce in 3D l'ala di una farfalla e l'hanno applicata a una cella solare, migliorandone complessivamente il design. Questa nuova cella energetica è in grado di assorbire una maggiore quantità di luce solare anche in condizioni di scarsa illuminazione. Applicando questa tecnologia al settore dell'energia solare, gli ingegneri possono aiutare le comunità e le imprese locali ad aumentare il consumo di energia sostenibile.
Conclusione
Spero che man mano che gli scienziati guardano più nel mondo naturale per rispondere alle domande umane, comincino a vedere, sempre di più, che l'idea gravemente errata dell'evoluzione è impossibile. Ora tocca a te creare un'innovazione basata su qualcosa che si trova in natura! Sii creativo quanto vuoi e, con il permesso dei tuoi genitori