Біомімікрія в дизайні, будівництві та інформаційних технологіях
Опис унікальної системи наслідування живої природи – біомімікрія, походження поняття та опис її особливостей. Опис першого будинку, що імітує здатність термітників підтримувати температуру. Приклади використання біомітрії у дизайні.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено наhttp://www.allbest.ru/
Тема: Біомімікрія в дизайні, будівництві та
Біомімікрія (від грец. bios - життя і mimesis - наслідування) - це наука, що досліджує принципи життя природи і запозичує у неї найцікавіші творчі рішення для застосування в різних галузях науки і техніки, що використовує природні механізми як зразок для створення інноваційних рішень.
Ця унікальна система наслідування живої природи, яка часто допомагає людям знаходити чудові технічні та дизайнерські рішення, ґрунтується на випробуваних природою процесах та стратегії виживання. Саме наслідування живої природи допомагає вченим-новаторам знаходити дотепні рішення розробки тих чи інших дизайнерських, технічних, науково-дослідних та інших робіт.
Матінка-природа перевіряла ефективність своїх рішень протягом кількох мільярдів років. В умовах нестачі багатьох життєво важливих ресурсів вона навчилася створювати напрочуд енергозберігаючі системи, заощаджуючи використання енергії буквально на кожному своєму кроці. Найгеніальніші інженери - це частинки живої природи - тварини, птахи, мікроби, рослини. І вивчаючи те, що в процесі еволюції перевірялося мільйонами років, потрібно вчитися у природи, як у доброго, але знаючого наставника.вирішувати проблеми, що виникають перед людиною.
У природи є безліч таємниць та секретів існування, виживання, оптимізації енергоспоживання. Вчені у пошуках шляху до гармонійнішої взаємодії з природою намагаються вивчати ці секрети.
Деякі відкриття, зроблені вченими в галузі біомімікрії, дозволяють нам новим, революційним чином поглянути на середовище свого проживання. Вслухаємось у слова Гете "Якщо природа буде нашим учителем, то наша душа прокинеться від сплячки".
Основою біомімікрії є не те, що ми можемо отримати від природи, а те, чого ми можемо навчитися у неї. Багато аналогів сучасних винаходів часто знаходяться в природі у вигляді більш чистих та екологічно збалансованих форм.
Наприклад, навіть найскладніша система терморегулювання, яка контролює температуру гранично досконалого житлового будинку, не може зрівнятися із системою самоконтролю температури у мурах-термітів, де вона цілий рік підтримується на рівні 86 градусів за Фаренгейтом. Житла термітів - величезні та затишні. Вони досягають шестиметрової висоти, а всередині них постійно підтримується постійна зручна температура.
В Африці, в Зімбабве зроблено спробу спорудження першої будівлі, яка імітує здатність термітників підтримувати певну температуру. Завдяки “термітній” технології, інженери-будівельники звели будівлю, що самопідтримує задану температуру. І з'ясувалося, що воно споживає на 10-15% менше енергії, ніж інші будинки таких самих розмірів. біомімікрія дизайн
Ось класичний приклад використання біомікрірії в дизайні та будівництві: у 1851 році Джозеф Пекстон, відомий британський архітектор, представив для Всесвітньої виставки проект будівлі Crystal Palace у лондонському Гайд-парку, де він з точністю відтворив структурулистя водяної лілії. Пекстон був пристрасним садівником і одного разу придбав екземпляр гавайської лілії для власного саду. У невеликому ставку він виростив лілії до справді гігантських розмірів - листя лілії було півтора метра в діаметрі. І його дуже здивувала міцність листя гавайської лілії – вони витримували вагу доньки Пекстона.
Він уважно досліджував зворотний бік листя і виявив грати з променеподібних і поперечних жилок, які разом додавали рослині дивовижну гнучкість і силу одночасно.
Грунтуючись на цьому принципі, Пекстон розробив зразок дизайну проекту, що набагато випередив свого часу, для будівлі Всесвітньої виставки - деякі блоки конструкції складалися цілком зі скла і металу. За цей неймовірний успіх інженерної думки архітектор був удостоєний звання лицаря Британської Імперії.
А якщо Ви, наприклад, не бажаєте мити будівлю? Що робити? Але тут знайшлося витончене рішення, підказане природою. Вчені помітили, що лотос росте в брудних, болотистих водоймах, при цьому рослина завжди чиста - тобто здатна до самоочищення. При найближчому розгляді на поверхні листя лотоса були виявлені крихітні волоски та шорсткості, за допомогою яких лотос змушує воду не розтікатися по листку, а дрібними краплями скочуватися, видаляючи частки пилу. Інженерам вдалося досягти цього ефекту за допомогою унікальної фарби, яка висихаючи, утворює найдрібніші шорсткості на поверхні, тим самим копіюючи механізм самоочищення лотоса. На сьогоднішній день понад 500 000 будівель у світі вже пофарбовано цією чудо-фарбою.
Широко відомим випадком запозичення у живої природи є застібка-"липучка". У 1941 р. швейцарський вчений Жорж де Местраль задумався про те, як міцно реп'ях прилипає до одягу і чіпляється до вовнитварин. Він уважно вивчив будову колючок під мікроскопом і виявив на них безліч дрібних гачків, що послужило поштовхом до винаходу нової застібки, яка стала прямим конкурентом "застібки блискавки" (яка, до речі, з'явилася на світ за аналогічних обставин, тобто є прямим використанням біомімікрії).
Жорж де Местраль отримав патент на свій винахід та зареєстрував торгову марку. І почав продавати свій виріб у всьому світі. Але по-справжньому популярною та затребуваною "липучка" стала в 70-ті роки минулого століття завдяки використанню фахівцями американської NASA: вона несподівано стала основною застібкою для скафандрів астронавтів. В даний час всі, від малого до великого, вчені та школярі, гірськолижники та аквалангісти, автогонщики та військовослужбовці різних країн активно використовують липучку у повсякденному житті.
Потрібно багато десятиліть, щоб усвідомити глибокий ринковий потенціал рішень “інженера-природи”. По-справжньому великий бізнес глибоко зацікавився можливостями, які надаються біомікрією лише наприкінці XX – на початку XXI століття. Для неї було знайдено науковий термін та реалізовано наукову основу. Безліч компаній по всьому світу стали виділяти величезні кошти на такі дослідження, усвідомивши той факт, що природний дизайн означає не тільки ефективність та економічність розробок, але багато в чому і ефективне використання енергії та матеріалів. Особливо схильні до цього процесу засоби транспорту та механізмів.
Наприклад, дизайн найновішого супершвидкісного японського поїзда має багато спільного з гострим дзьобом зимородка. Цей дивовижний птах може легко підринути за підводним кормом і, використовуючи хитру форму дзьоба, ніби вкручується в поверхню води, не створюючи при цьому бризок. В свою чергупотяг гострим "носом", а також елементами "дизайну", запозиченими у крил сови, теж "розрізає без бризок" повітря, роблячи це суттєво тихіше за звичайні потяги, при цьому економлячи понад 15% електроенергії.
Побачивши, як плавно кружляє насіння клена, злітаючи на землю, Нед Аллен - інженер дослідницького підрозділу фірми Lockheed Martin, прийшов до несподівано елегантного рішення аеродинаміки створеного в кінці 2009 р. керованого робота Nano Air Vehicle, який здатний плавно літати і навіть літати в повітря .
Компанія Mercedes-Benz, по-своєму розуміючи принципи біомімікрії, випустила округлену концептуальну машину, яка формою дуже нагадує жовтого плямистого кузовка, тропічну рибу. І з'ясувалося, що він має серед інших компактів найнижчий коефіцієнт аеродинамічного опору.
Корпорація WhalePower з Торонто взагалі зобов'язана своєму виникненню морському ссавцю. Професор Френк Фіш якось побачив скульптуру кита-горбача і висміяв роботу скульптора за зазубрини на плавцях. Фіш вважав, що вони, з погляду логіки, не мали жодного сенсу – адже давно відомо, що передня аеродинамічна кромка підйомного крила має бути дуже гладкою та заокругленою. Відповідь скульптора була дуже різкою. Але Фіш був справжнім вченим, він вирішив зайнятися детальним дослідженням цього питання, щоб довести свою правоту, і, на своє велике подив, виявив, що має рацію скульптор. З'ясувалося, що у цій дивній формі плавників ховається ще одна таємниця матері природи. "Непотрібні" нерівності та зазубрини по кінчику плавників створюють керовані вихори, що у свою чергу формує велику підйомну силу, при цьому різко зменшується лобовий опір. І саме тому така величезна тварина, як кит, надзвичайно спритнота рухомо.
Тепер Фіш – бізнесмен і зайнятий випуском вітряних турбін та промислових вентиляторів у формі лопаті, в яких він реалізував будову плавців горбатого кита. Експерти стверджують, що подібне обладнання значно тихіше, надійніше, а головне, виробляє більш ніж на 20% більше електроенергії.
Лапки гекона наштовхнули на ідею липкої стрічки. Структура кінцівок геккона така, що він чіпко тримається на будь-якій поверхні і легко відчеплюється від неї. На лапках геконів виявлено мільйони крихітних ворсинок, кожна з яких має сотні закінчень, вони міцно причіплюються до будь-якої гладкої поверхні і залишаються на ній дуже довго, не залишаючи видимих слідів. Прототип стрічки створено вченими Стенфордського університету, і, під час експерименту, дослідник успішно приклеїв до вікна свою 8-річну дитину.
Самопересувні пристрої на шести кінцівках-маніпуляторах, винайдені в рамках проекту RiSE під керівництвом професора Марка Каткоскі, з'явилися на світ, як результат спостережень за тваринами, комахами та земноводними рептиліями. Марк Каткоскі має на меті розробити машини, які вільно пересуватимуться як по землі, так і по стінах та іншим поверхням. Один з винаходів схожий на геккон і пересувається як геккон, використовуючи той же метод зчеплення з гладкими поверхнями, як і живий побратим.
В основі біомімікрії не тільки форми живих організмів, а й природні процеси та властивості. Сонячні батареї, винайдені. швейцарцем Майклом Гретцелем, імітують складний процес фотосинтезу – спеціальний барвник поглинає сонячне світло, як листя дерев, та вивільняє електричну енергію. Ці батареї не використовують дорогий кремній. Здатність мідій міцно кріпитися до підводного каміннянаштовхнула інженерів деревообробної компанії Columbia Forest Products на думку створити принципово новий клей на біологічній (соєвій) основі.
Біомімікрія - це сьогодні один із наймодніших трендів. Було навіть представлено нове поняття - індекс Леонардо да Вінчі, індекс, що відстежує активність, пов'язану з дослідженнями в галузі біомімікрії. Якщо вірити цьому індексу, то до 2025 року 1 трильйон доларів річного світового ВВП буде так чи інакше зроблено використанням принципів та технологій біомімікрії. А 2005 р. у США було засновано цілий інститут біомімікрії під керівництвом Ж. Бенюс.
1. Ж. Бенюс «Біомімікрія: новаторство, навіяне природою», М. Прогрес, 2004р.