Биомимикрия в дизайне, строительстве и информационных технологиях

 

 

 

 

 

 

 

Доклад

 

 

тема: Биомимикрия в дизайне, строительстве и

                           информационных технологиях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В 1998 г. Жанин Бенюз, исследовательница из США, автор ряда книг по природопользованию ввела в научный обиход термин "биомимикрия", который означает прикладную науку, основной целью которой является исследовать и использовать природные механизмы. На сегодняшний день - это самый фонтанирующий вдохновением источник бизнес-идей.

Биомимикрия (от греч. bios - жизнь и mimesis - подражание) - это наука, исследующая принципы жизни природы и заимствующая у неё наиболее интересные творческие решения для применения в самых различных областях науки и техники, использующая природные механизмы как образец для создания инновационных решений.

Эта уникальная система подражания живой природе, которая часто помогает людям находить великолепные технические и дизайнерские решения, основывается на испытанных природой процессах и стратегии выживания. Именно подражание живой природе помогает ученым-новаторам находить остроумные решения при разработке тех или иных дизайнерских, технических, научно-исследовательских и других работ.

Матушка-природа проверяла эффективность своих решений в течение нескольких миллиардов лет. В условиях недостатка многих жизненно-важных ресурсов она научилась создавать удивительно энергосберегающие системы, экономя использование энергии буквально на каждом своём шагу. Самые гениальные инженеры - это частички живой природы - животные, птицы, микробы, растения. И изучая то, что в процессе эволюции проверялось миллионами лет,  нужно учиться у природы, как у доброго, но знающего наставника, решать возникающие перед человеком проблемы.

У природы есть множество тайн и секретов существования, выживания, оптимизации энергопотребления. Ученые в поисках пути к более гармоничному взаимодействию с природой пытаются изучать эти секреты.

 Некоторые открытия, сделанные учеными в области биомимикрии, позволяют нам новым, революционным образом взглянуть на среду своего обитания. Вслушаемся в слова Гете  "Если природа будет нашим учителем, то наша душа пробудится от спячки". 

 Основой биомимикрии является не то, что мы можем получить от природы, а то, чему мы можем научиться у нее. Многие аналоги современных изобретений часто находятся в природе в виде более чистых и экологически сбалансированных форм.

Например, даже самая сложная система терморегулирования, контролирующая температуру предельно совершенного жилого дома, не может сравниться с системой самоконтроля температуры у муравьев-термитов, где она целый год поддерживается на уровне 86 градусов по Фаренгейту. Жилища термитов - огромны и уютны. Они достигают шестиметровой высоты, а внутри них постоянно поддерживается неизменная комфортная температура.

В Африке, в Зимбабве предпринята попытка постройки первого здания, имитирующего способность термитников поддерживать определенную температуру. Благодаря “термитной” технологии, инженеры-строители возвели здание самоподдерживающее заданную температуру. И выяснилось, что оно потребляет на 10-15% меньше энергии, чем другие здания таких же размеров.

Вот классический пример использования биомимикрии в дизайне и строительстве: в 1851 году Джозеф Пэкстон, известный британский архитектор, представил для Всемирной выставки проект здания Crystal Palace в лондонском Гайд-парке, где он с точностью воспроизвел структуру листа водяной лилию. Пэкстон был страстным садоводом и однажды приобрел экземпляр гавайской лилии для собственного сада. В небольшом пруду он вырастил лилии до поистине гигантских размеров - листья лилии были полутора метров в диаметре. И его очень удивила прочность листьев гавайской лилии - они выдерживали вес дочери Пэкстона!!!

 Он внимательно исследовал обратную сторону листьев и обнаружил решетку из лучеобразных и поперечных жилок, которые в совокупности придавали растению удивительную гибкость и силу одновременно!!!

Основываясь на этом принципе, Пэкстон разработал намного опередивший свое время образец дизайна проекта для здания Всемирной выставки - некоторые блоки конструкции состояли целиком из стекла и металла. За этот невероятный успех инженерной мысли архитектор был удостоен звания рыцаря Британской Империи.

А если Вы, например, не хотите мыть здание?  Что делать?  Но  и тут нашлось изящное решение, подсказанное природой. Ученые заметили, что лотос растет в грязных, болотистых водоемах, при этом растение всегда чистое – то есть способно к самоочищению. При ближайшем рассмотрении на поверхности листьев лотоса были обнаружены крошечные волоски и шероховатости, с помощью которых лотос заставляет воду не растекаться по листу, а мелкими каплями скатываться, удаляя частицы пыли. Инженерам удалось достичь этого эффекта при помощи уникальной краски, которая высыхая, образует мельчайшие шероховатости на поверхности, тем самым копируя механизм самоочищения лотоса. На сегодняшний день более 500000 зданий в мире уже покрашено этой чудо-краской.

Широко известным случаем заимствования у живой природы является застежка-"липучка". В 1941 г. швейцарский ученый Жорж де Местраль задумался о том, как прочно репейник прилипает к одежде и цепляется к шерсти животных. Он внимательно изучил строение колючек под микроскопом и выявил на них множество мелких крючков, что послужило толчком к изобретению новой застежки, ставшей прямым конкурентом "застежки молнии" (которая, кстати, появилась на свет при аналогичных обстоятельствах, то есть является прямым использованием биомимикрии).

Жорж де Местраль получил патент на свое изобретение и зарегистрировал торговую марку. И начал продавать свое изделие по всему миру. Но по-настоящему популярной и востребованной "липучка" стала в 70-е годы прошлого столетия, благодаря использованию специалистами американской NASA: она неожиданно стала основной застежкой для скафандров астронавтов. В настоящее время все, от мала до велика, ученые и школьники, горнолыжники и аквалангисты, автогонщики и военнослужащие разных стран активно используют липучку в повседневной жизни.

Потребовались многие десятилетия, чтобы осознать глубочайший рыночный потенциал решений “инженера-природы”. По-настоящему большой бизнес глубоко заинтересовался возможностями, предоставляемыми биомимикрией лишь в конце XX - начале XXI века. Для нее был найден научный термин и реализована научная основа. Множество компаний по всему миру стали выделять огромные средства на такие исследования, осознав тот факт, что природный дизайн означает не только эффективность и экономичность разработок, но, во многом, и эффективное использование энергии и материалов. Особенно подвержены этому процессу средства транспорта и механизмов.

Например, дизайн новейшего суперскоростного японского поезда имеет много общего с острым клювом зимородка. Эта удивительная птица может легко поднырнуть за подводным кормом и, используя хитрую форму клюва, как бы ввинчивается в поверхность воды, не создавая при этом брызг. В свою очередь поезд острым "носом", а также элементами "дизайна", заимствованными у крыльев совы, тоже "разрезает без брызг" воздух, делая это существенно тише обычных составов, при этом экономя свыше 15% электроэнергии.

Увидев, как плавно кружатся семена клена, слетая на землю, Нед Аллен - инженер исследовательского подразделения фирмы Lockheed Martin, пришел к неожиданно элегантному решению аэродинамики созданного в конце 2009 г. управляемого робота Nano Air Vehicle, который способен плавно летать и даже парить в воздушном потоке.

Компания Mercedes-Benz, по-своему понимая принципы биомимикрии, выпустила округленную концептуальную машину, которая по форме очень напоминает желтого пятнистого кузовка, тропическую рыбу. И выяснилось, что он имеет среди других компактов самый низкий коэффициентом аэродинамического сопротивления.

Корпорация WhalePower из Торонто, вообще, обязана своему возникновению морскому млекопитающему. Профессор Фрэнк Фиш однажды увидел скульптуру кита-горбача и высмеял работу скульптора за зазубрины на плавниках. Фиш считал, что они, с точки зрения логики, не имели никакого смысла - ведь давно известно, что передняя аэродинамическая кромка подъемного крыла должна быть очень гладкой и скругленной. Ответ скульптора был очень резок. Но Фиш был настоящим ученым, он решил заняться детальным исследованием этого вопроса, чтобы доказать свою правоту, и, к своему великому удивлению, обнаружил, что прав скульптор. Выяснилось, что в этой странной форме плавников скрывается еще одна тайна матери природы. “Ненужные” неровности и зазубрины по кончику плавников создают управляемые вихри, что в свою очередь формирует большую подъемную силу, при этом резко уменьшается лобовое сопротивление. И именно поэтому такое огромное животное, как кит, чрезвычайно ловко и подвижно.

Теперь Фиш - бизнесмен и занят выпуском ветряных турбин и промышленных вентиляторов в форме лопасти, в которых он реализовал строение плавников горбатого кита. Эксперты утверждают, что подобное оборудование существенно тише, надежнее, а главное, производит более чем на  20% больше электроэнергии.

Производитель микрочипов для сотовых телефонов и смартфонов из города Сан-Диего изобрел новый тип дисплеев для мобильных телефонов. Обычные дисплеи используют подсветку или технологию электронных чернил. Новый же дисплей реализует отражение света, используя принцип, которым пользуется бабочка, павлин, некоторые виды рыб. Выяснилось, что игра цветов в окраске этих животных имеет общую основу - тонкие слои кристаллов отражают свет в разных направлениях, и, поэтому, лучи пересекаются. В применении к дисплеям это предполагает высокую гарантию четкого изображения даже при ярком солнечном дне. Ожидается также, что он будет более экономичен.

Лапки геккона натолкнули на идею липкой ленты. Структура конечностей геккона такова, что он цепко держится на любой поверхности и без затруднений отцепляется от нее. На лапках гекконов обнаружены миллионы крохотных ворсинок, каждая из которых имеет сотни окончаний, они прочно прицепляются к любой гладкой поверхности и остаются на ней очень долго, не оставляя видимых следов. Прототип ленты создан учеными Стэнфордского университета, и, во время эксперимента, исследователь успешно приклеил к окну своего 8-летнего ребенка.

Самопередвигающиеся устройства на шести конечностях-манипуляторах, изобретенные в рамках проекта RiSE под руководством профессора Марка Каткоски, появились на свет, как результат наблюдений за животными, насекомыми и земноводными рептилиями. Марк Каткоски имеет своей целью разработать машины, которые будут свободно передвигаться как по земле, так и по стенам и другим поверхностям. Одно из изобретений похоже на геккона и передвигается как геккон, используя тот же метод сцепления с гладкими поверхностями, как и живой собрат.

В основе биомимикрии не только формы живых организмов, но и природные процессы и свойства. Солнечные батареи, изобретенные. швейцарцем Майклом Гретцелем, имитируют сложный процесс фотосинтеза - специальный краситель поглощает солнечный свет, как листья деревьев, и высвобождает электрическую энергию. Эти батареи не используют дорогостоящий кремний. Способность мидий прочно крепиться к подводным камням натолкнула инженеров деревообрабатывающей компании Columbia Forest Products на мысль создать принципиально новый клей на биологической (соевой) основе.

Биомимикрия - это сегодня один из самых модных трендов. Было даже представлено новое понятие - индекс Леонардо да Винчи, индекс, отслеживающий активность, связанную с исследованиями в области биомимикрии. Если верить этому индексу, то к 2025 году 1 триллион долларов годового мирового ВВП будет так или иначе произведен использованием принципов и технологий биомимикрии. А в 2005 г. в США был основан целый институт биомимикрии под руководством Ж. Бенюс.

 

 

 

Использованная литература

1. Ж. Бенюс «Биомимикрия: новаторство, навеянное природой», М.Прогресс, 2004г.
2. Природа — потрясающий дизайнер. //Газета Комментарии № 31-32(366) от 16 августа 2013
3. Биомимикрия: природа знает лучше. //Журнал Эврика от 22 апреля 2012 г.
4. Биомимикрия: мудрость природы в помощь инженерам  //  интернет ресурс http//facepla.net/index.php/the-news/nature-news-mnu/1734