人类已经取得了一些惊人的成就:33,360 座摩天大楼、太空旅行、深海潜水等等。然而,尽管我们有智慧,大自然还是有许多让我们惊讶的项目。植物和动物总是表现出惊人的工程技能。以下是大自然如何教会我们创造先进技术的十个例子。
10. 鲨鱼皮和航空旅行
鲨鱼成为许多恐怖故事的主题是有原因的。它们是自然界最有效的掠食者之一。这些猎人的皮肤经过水优化,因此它们有助于达到最高速度。鲨鱼皮的表面是由微小的“牙齿”组成的,称为“牙齿”。这些微小的真皮齿(也称为泥鳞)具有传导水的凹槽,从而减少阻力。
来自德国弗劳恩霍夫协会的三位科学家提供了出色的应用。在仔细研究鲨鱼皮后,他们开发了一种特殊的涂料。通过将这种涂料刷在特殊的模板上并涂在平坦的表面上,可以实现鲨鱼皮结构并减少阻力。研究人员声称,如果这种涂层应用到地球上的每架飞机上,每年将节省多达448万吨燃料。
9. 渔业和风电场
观看一群鱼几乎同时在海中游泳真是令人着迷。即使在转向时,它们似乎也彼此同步。这种行为背后的一个理论是,鱼群可能会偏离周围鱼群的流动模式。本质上,风电场是一种节能技术。由约翰达比里教授领导的加州理工学院的一个团队设计了以类似方式运行的垂直风力涡轮机。当它们组合在一起时,它们通过利用相邻涡轮机产生的气流而变得更加节能。结果是一系列性能优于传统风车的风力涡轮机。这些发现得到了斯坦福大学、约翰霍普金斯大学和特拉华大学进行的类似研究的支持。
8.座头鲸和涡轮叶片
正如座头鲸所展示的那样,大自然可以告诉我们更多有关风力发电效率的知识。座头鲸和风力涡轮机都受益于减少的表面阻力。温柔的巨人是通过鳍上的结节来实现的。结节使鲸鱼能够以最小的阻力移动,这在寻找食物时至关重要。当然,这种设计也可以很好地应用于风力涡轮机。威彻斯特大学的施教授与一个团队合作设计了带有结节的涡轮叶片。由此产生的设计效果非常好,甚至可以将风集中在低风速区域。菲什是加拿大鲸鱼电力公司的总裁,该公司致力于根据其团队的研究结果改进涡轮机和风扇的设计。
7. 壁虎和强力胶
小时候,我们很好奇为什么壁虎可以如此轻松地在墙壁上行走。爬墙蜥蜴的秘密让观察者困惑了数千年。这个问题终于在2002 年得到解决,当时研究人员在壁虎脚上发现了数百万根被称为刚毛的细小毛发。刷毛有助于产生微弱的短程静电力,称为范德华力。虽然这种自然技术有很多应用,但特别成功的是一种名为Gecko Skin 的产品。马萨诸塞大学阿默斯特分校的三名富有进取心的毕业生受壁虎足部力学的启发,创造了这种可重复使用的超级粘合剂。这种粘性材料在光滑的墙壁上可承受317 公斤(700 磅)的重量。自问世以来,壁虎皮肤就获得了CNN、彭博社、卫报(后者称其为“大象飞纸”)等机构和新闻机构的好评。
6. 蝙蝠和艺术手杖
蝙蝠以其在夜间的非凡能力而闻名,因为它们具有利用回声定位来识别黑暗中物体的独特能力。它们发出高音调的声纳频率,并从生物在飞行时可能碰撞的物体上反弹。印度德里印度理工学院的一个研究小组从蝙蝠中获得了灵感。通过研究,他们创造了一种智能手杖。该设备将向蝙蝠发送类似的信号以检测潜在危险的物体。该设备连接到标准的白色拐杖。当声波返回设备时,设备会振动,让用户知道避免触摸其路径中的物体。虽然类似的技术已经存在,例如广泛使用的Ultracane,但artCane 的开发人员希望创建一种可以做到这一点的产品。这不仅对每个人都有用,而且价格实惠。 artCane 零售价约为50 美元,而Ultracane 零售价为1,000 美元。
5. 甲虫和水的收集
有效的饮水量一直是现代最大的挑战之一。水是一种宝贵的资源,很难相信任何生物只能从稀薄的空气中提取水。然而,斜纹夜蛾可以做到这一点。这种甲虫原产于纳米布沙漠,纳米布沙漠是地球上最热和最不受欢迎的地方之一,位于非洲西南海岸。当风吹走海洋中的雾气时,水滴会沿着甲虫背部的一系列玻璃状突起聚集。然后水滴沿着小通道流入甲虫的嘴里。这个过程对于昆虫的生存很重要,因为雾每个月只滚滚六次。研究人员进行了许多尝试来复制这种有用的能力。首先,英国国防部的科学家在2001年进行了研究,制造出可以在干旱地区储水的帐篷和屋顶瓦片。一家名为NBD Nano 的公司也受到了甲虫的启发。该公司由四名生物学、有机化学和机械工程专业的毕业生创立,生产基于甲壳的自填充水瓶。截至2012 年,他们正在生产原型并将其推向市场。
4.海绵和太阳能电池板
乍一看,橙色的马勃海绵可能看起来不太像。除了时尚的淋浴配件之外,谁还能将它用于其他用途?事实证明,这些简单的无脊椎动物具有从海水中收集硅并用其积累海绵的特殊能力。这一过程可能提供一种制造更便宜、更环保的太阳能电池板的方法。制造商通常通过将化学品放置在惰性表面上形成薄晶体层来制造太阳能电池板。该层充当半导体,当阳光照射时会产生电流。这种高温、低压过程消耗大量能量,因此非常昂贵。加州大学圣巴巴拉分校的研究人员丹尼尔莫尔斯(Daniel Morse)和他的团队设计了一种方法,模仿橙色马勃海绵在不使用高温和低压的情况下生产硅的能力。海绵通过使用一种叫做硅酸盐的酶来实现这一壮举,这种酶将海水中的硅酸转化为二氧化硅尖峰。通过使用液体硝酸锌代替海水,使用氨代替硅酸盐,该团队能够复制海绵的过程并将其应用于太阳能电池。这一过程需要进一步发展,但它是让每个人都能更容易获得太阳能的一种有前途的方法。
3. 木蜂和太空
外置风钻使用的工具通常都会遇到同样的问题:体积大、工作速度慢、消耗大量能量,泰风钻也不例外。更重要的是,地球钻头的运动使它们漂浮在低重力环境中。雌性黄蜂,也称为角尾黄蜂,会移动其产卵器和身体后部的尖管状结构来产卵。她通过寻找一棵合适的树,将产卵器驱动到树干中并将卵产到树干中来产卵。整个过程并没有对她造成任何伤害,这令人印象深刻,因为小昆虫基本上将她的身体驱动到了实木中。 2006 年,巴斯大学的四位科学家发表了一篇论文,提出以雌性黄蜂为原型的Ateikon 钻石。这种钻孔工具的威力足以钻穿与产卵器设计用途相同的坚硬岩石。该团队的仿生学教授朱利安文森特表示,最困难的部分是让研究机构接受新设计。他表示,如果当前的工程师仍在工作,工程师通常不喜欢使用更新的技术。
2.蝴蝶和无眩光屏幕
蝴蝶非常擅长激发视觉技术,因此消除手机屏幕眩光的秘密也可能来自这些可爱的动物也就不足为奇了。 2015年,德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员有了一个惊人的发现,玻璃翅蝴蝶翅膀上存在的不规则纳米结构消除了大部分反射光。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上,关于如何使这项技术适应移动设备屏幕的研究仍在进行中。如果你在户外取得成功,你就不必费心看手机了。
1.白蚁与绿色建筑
整个非洲发现的一个令人惊叹的自然壮举是巨大的白蚁丘。这些结构完全由泥土制成,高度高得令人难以置信,可以支撑大型白蚁群落。不仅如此,它们还有非常有效的调节温度和通风的方法。一方面,这些土丘通常是南北方向建造的。这样,当太阳较低时,土堆可以吸收底部的热量,避免在一天中最热的时候过度受热。白蚁会打开和关闭土丘中的一系列通风口,以调节从结构底部散发的暖空气。世界各地的工程师注意到白蚁的工程能力并将其转化为人类使用。津巴布韦哈拉雷的东门中心是该国最大的购物和办公楼,其建筑灵感来自白蚁丘的绿色建筑原则。该建筑没有传统的供暖或制冷系统,而是使用风扇和通风口的被动系统来全年调节温度。它是由当地建筑师米克皮尔斯设计的,他也在澳大利亚墨尔本设计了类似的建筑。
以上是英国雷丁大学一位名叫朱利安文森特(Julian Vincent)的生物学家的全部内容。内容来源于网络,仅供参考。如有侵权,请联系我们删除。