إعلانات
ماذا لو كان الإنجاز الكبير التالي في التصميم مختبئًا بالفعل في مكان واضح للعيان - على ورقة زهرة اللوتس أو منقار طائر الرفراف؟
تدخل عالماً حيث تحوّل المحاكاة الحيوية غرائب الطبيعة إلى أدوات حقيقية يمكنك استخدامها اليوم. من الفيلكرو والطلاءات ذات تأثير زهرة اللوتس إلى مقدمة قطار شينكانسن ومركز إيستجيت، تُظهر هذه الأمثلة مكاسب واضحة في الطاقة والضوضاء والكفاءة.
متأخر , بعد فوات الوقتيقوم المهندسون والطلاب بتصميم نماذج أولية لأفكارهم باستخدام قطع معاد تدويرها، باتباع خارطة طريق بسيطة: الملاحظة، والتخطيط، والبناء، والاختبار، والمشاركة. تعكس هذه العملية أسلوب التجربة والخطأ في التطور، وتثمر نتائج عملية في جميع أنحاء العالم.
تقدم لك هذه المقالة طريقة سهلة لفهم كيف يحوّل التفكير التصميمي الأفكار الإبداعية إلى حلول عملية. ستتعرف على المصممين والباحثين، وتتعلم النتائج القابلة للقياس، وتفهم مواطن القيمة في التطبيقات المعاصرة.
لماذا نشهد طفرة في الابتكار المستوحى من الطبيعة في الوقت الحالي؟
تمنح تجربة الطبيعة الطويلة المهندسين أنماطاً جاهزة لحل المشكلات الحديثة بشكل أسرع.
إعلانات
يعمل التطور كمختبر للبحث والتطوير. فهو ينتج تصاميم مثل ريش البوم الذي يقلل الضوضاء، ومناقير طائر الرفراف التي تشكل مقدمات القطارات، وأوراق اللوتس التي تطرد الماء، وتلال النمل الأبيض التي تهوي المباني.
- مخططات مثبتة: يمكنك الاستفادة من حلول تم اختبارها ميدانياً بالفعل، مما يقلل من مخاطر التصميم.
- تسريع عملية تصميم النماذج الأولية: تتيح لك المواد الأفضل والمحاكاة والطباعة ثلاثية الأبعاد نسخ النماذج واختبار الاختلافات بسرعة.
- ضرورة عالمية ملحة: تدفع ضغوط المناخ والمياه والطاقة الفرق إلى إيجاد طرق تستخدم مدخلات أقل وتسبب أضرارًا أقل.
- مكاسب الفريق: عندما يعمل العلماء والمصممون مع المهندسين، تنتقل التعديلات من مجرد فكرة إلى أجزاء قابلة للتصنيع.
- النطاق والسياسة: يمكن توسيع نطاق الطلاءات أو الأنظمة بأكملها، كما أن أهداف الاستدامة تجعل التسويق التجاري أكثر جدوى.
أنت تستفيد لأن هذه الأساليب تُظهر مكاسب واضحة - قطارات أكثر هدوءًا، ومبانٍ ذاتية التبريد، ونماذج أولية أرخص - مما يجعل الحلول أسهل في التبني في جميع أنحاء العالم.
أهم الإنجازات في التكنولوجيا المستوحاة من الطبيعة التي يجب أن تعرفها اليوم
قم بجولة سريعة للتعرف على أهم الإنجازات في مجال تحويل الطبيعة إلى منتجات والتي تشكل ما تستخدمه اليوم.
إعلانات
مكاسب عملية: استوحى المهندسون تصميم مقدمة قطار شينكانسن من منقار طائر الرفراف، مما أدى إلى تقليص أذرع الأنفاق وخفض استهلاك الطاقة بنحو 151 طنًا مع زيادة السرعة. وتؤخر شفرات WhalePower ذات الدرنات التوقف المفاجئ وتزيد من قوة الرفع لشفرات توربينات الرياح والطاقة الكهرومائية. وتستخدم Ornilux أنماطًا فوق بنفسجية تشبه شبكة العنكبوت لحماية الطيور، بينما تقلل الأضلاع الشبيهة بجلد سمك القرش من مقاومة الهواء على هياكل الطائرات.
- تعمل أسطح حصاد الضباب المصممة على غرار خنفساء ناميب على جلب المياه إلى المدن والمزارع القاحلة.
- تعمل مرشحات الأكوابورين والمرشحات الشبيهة بالدياتومات على تقليل احتياجات الطاقة لأنظمة المياه النظيفة.
- مواد لاصقة على غرار بلح البحر تلتصق تحت الماء لإصلاح الشعاب المرجانية بدون استخدام مواد سامة.
- يقلل الخرسانة ذاتية الإصلاح والتبريد السلبي على غرار النمل الأبيض من أحمال الإصلاح والتكييف.
يُظهر كل مثال بوضوح كيف تُسهم الطبيعة في تصميم أفضل وهندسة أكثر ذكاءً في جميع أنحاء العالم. استخدم هذه النظرة العامة لتحديد المجالات التي يمكن أن تُسهم فيها الأفكار المستوحاة من الطبيعة في حل مشكلتك القادمة.
من طائر الرفراف إلى قطار شينكانسن: كيف أعاد منقار طائر تشكيل القطار فائق السرعة
ساعد منقار الطائر الانسيابي المهندسين على إعادة صياغة كيفية التقاء قطار شينكانسن بالهواء عند مداخل الأنفاق.
ينقض طائر الرفراف من الجو إلى الماء دون إحداث رذاذ يُذكر. درس المهندسون مهارة صيد الأسماك هذه، واستوحوا تصميم مقدمة القطار الطويلة والمدببة ورأسه لإعادة تشكيلها. هذا الشكل الجديد يقلل من ارتفاع الضغط المفاجئ عند دخول القطار الأنفاق وخروجه منها.
إسكات دويّ الصوت: تقليل ضوضاء الخروج من النفق بتصميم جديد للمقدمة
يقلل تصميم مقدمة السيارة الجديد من صوت الانفجار عند مخرج النفق والضوضاء الإجماليةلذا، فإن المجتمعات المجاورة للخط تشهد اضطرابًا أقل بكثير حتى عند السرعات العالية. كما أن الشكل الهندسي الشبيه بمنقار الطائر يُخفف من حدة موجات الضغط ويُحسّن انسيابية تدفق الهواء حول الجبهة.
استخدام طاقة أقل وسرعة أكبر: ما تعلمه المهندسون من تحولات الهواء والماء
والنتيجة قابلة للقياس. فقد استهلك التصميم المُحسّن حوالي 15% من الكهرباء، وزادت سرعته بمقدار 10% تقريبًا. كما أعاد المهندسون تصميم البانتوغراف، مستعينين بتقنيات تدفق الهواء المستوحاة من ريش البومة لتقليل الضوضاء الديناميكية الهوائية الصادرة من معدات السقف.
- ترى كيف أن الشكل الطبيعي يساهم في انسيابية تدفق الهواء وتقليل مقاومة الهواء.
- ستتعرف على سبب سماع السكان لعدد أقل من الانفجارات، وسبب استمتاع الركاب برحلات أسرع.
- ستفهم الآن لماذا يحتل مثال رصاصة شينكانسن مرتبة عالية بين المكاسب الواقعية من مراقبة الحيوانات.
زعانف الحيتان وتوربينات الرياح: شفرات مستوحاة من مرض الدرنات ترفع الأداء
قد لا تتوقع أن زعنفة الحوت ستعلم مهندسي الرياح كيفية استخلاص المزيد من الطاقة من النسائم الخفيفة.
تحمل الحيتان الحدباء صفوفًا من النتوءات على طول حواف زعانفها، مما يُغير من سلوك التدفق. وقد قاس فرانك فيش وعلماء آخرون أن هذه النتوءات تزيد زاوية التوقف بنحو 40% مقارنةً بالحواف الملساء.
لماذا تتوقف زعانف الحيتان الحدباء في وقت لاحق وتنعطف بشكل أكثر حدة؟
تنقسم النتوءات وتعود لتتصل بالتدفقوبالتالي، يحافظ الحيوان على قوة الرفع بزوايا أكثر حدة ويقوم بانعطافات حادة في البحر. تُظهر الاختبارات أن الشفرات الدرنية تقلل السحب بما يصل إلى 33% وتزيد قوة الرفع بحوالي 8%.
توربينات رياح أكثر هدوءًا وكفاءة للمجتمعات وشبكات الكهرباء
انتقلت نفس تقنيات التحكم في تدفق الهواء إلى توربينات الرياح في العالم الحقيقي. قامت شركات مثل WhalePower بتسويق شفرات ذات حواف مسننة، وأفادت بتشغيل أكثر هدوءًا وأداء بدء تشغيل أفضل في ظروف الرياح المنخفضة.
- ترى كيف تؤخر الدرنات التوقف وتعزز قدرة الدوار في العواصف.
- يمكن للتغييرات الطفيفة في الحواف أن تحسن موثوقية الشبكة دون الحاجة إلى إعادة تصميم كاملة للدوار.
- غالباً ما يؤدي هذا التعديل البسيط في التصميم إلى خفض مستوى الضوضاء في الأحياء المجاورة.
استخلاص الماء من الهواء: خنافس الصحراء تقود الجيل القادم من تقنيات استخلاص المياه
تُظهر خنفساء صغيرة على شاطئ ناميب كيف يمكن للأسطح أن تسحب الرطوبة من الهواء.
يستخدم نوع صحراء ناميب مزيجًا ذكيًا من النتوءات القابلة للتبلل والتلال الطاردة للماء لتحويل الضباب إلى تدفق ثابت نحو فمه.
هذا المنطق السطحي البسيط قابل للتطبيق على نطاق واسع. قام العلماء بتقليد النتوءات المحبة للماء والقنوات الكارهة للماء الموجودة في الخنفساء لتوجيه القطرات الصغيرة دون الحاجة إلى مضخات أو طاقة.
تحويل الضباب إلى تدفق: نتوءات وحواف توجه القطرات إلى حيث تحتاجها
قامت فرق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ببناء نماذج أولية من الزجاج والبلاستيك تجمع قطرات دقيقة وتسمح لها بالاندماج في أحجام مفيدة.
كما طبقت المجموعات الصناعية الفكرة نفسها. تقوم شركة "إنفينيت كولينج" بالتقاط أعمدة التبخر من أبراج التبريد وإعادة المياه إلى دوائر المصنع، مما يقلل من سحب المياه العذبة.
- ترى كيف يقوم غلاف الخنفساء بتكثيف الضباب على النتوءات القابلة للتبلل ثم يوجهه على طول التلال الملساء.
- تُتيح هذه التصاميم طرقًا جديدة لاستعادة المياه حيثما تكون شحيحة، من المزارع إلى المصانع.
- إن ضبط القوام والزوايا يجعل هذا النهج فعالاً في مختلف المناخات وأنماط تدفق الهواء.
باختصار، يمكن لبنية دقيقة من نوع واحد أن تُحدث ثورة في إدارة المياه في المنشآت على نطاق واسع. ستحصل على تحكم فعال في السوائل دون أجزاء متحركة، فقط من خلال تصميم سطحي ذكي.
نسخ الأكوابورينات والدياتومات: طريقة جديدة لترشيح المياه وتحليتها
تخيل أغشية تحاكي بوابات الخلية لنقل الماء النقي بضغط أقل بكثير.
يمكنك اعتبار قنوات الأكوابورين بمثابة أبواب انتقائية للغاية: فهي تسمح بمرور جزيئات الماء المفردة بسرعة مع منع الأملاح والملوثات الأكبر حجماً.
إلهام على مستوى الخلية: السماح بدخول الماء، ومنع دخول الملوثات
تعمل الأكوابورينات كبوابات أحادية الاتجاه بالنسبة للماء، يقدم هذا نموذجاً للترشيح الانتقائي الفائق. تكمن الحيلة في الحفاظ على استقرار هذه البروتينات خارج غشاء الخلية حتى تستمر في العمل داخل المرشح المصنّع.
حماية الأغشية الهشة بهياكل السيليكا الشبيهة بالدياتومات
يقوم باحثون، من بينهم فرق في السويد وشركات ناشئة مثل Aquammodate، بتضمين قنوات الأكوابورين في طبقات داعمة. ويستخدمون مواد مصممة على غرار السيليكا الموجودة في الدياتومات لحماية القنوات ومقاومة التلوث.
- ستتعلم كيف تقوم الأكوابورينات بتمرير الماء مع حجب المواد المذابة لتحقيق انتقائية عالية للغاية.
- ستفهم الآن لماذا يُعد تثبيت البروتينات أمراً صعباً وكيف تحميها الدعامات الشبيهة بالسيليكا.
- تكتشف أن هذا النهج يستهدف التشغيل بضغط أقل وطاقة أقل من التناضح العكسي.
- تستكشف كيف يمكن لهذا التصميم أن يحل الاحتياجات البشرية في المدن والصناعة والمواقع النائية.
النتيجة: مسار نحو ترشيح موفر للطاقة وغير سام يربط بين بيولوجيا الخلية وهندسة المواد لإعادة تشكيل كيفية معالجتنا للمياه على نطاق واسع.
وخزة ألطف: إبر دقيقة مستوحاة من البعوض تقلل الألم
لقد علّمت طريقة البعوضة الخفية في اختراق الجلد المهندسين طريقةً ألطف لإيصال الدواء.
أظهرت دراسات أجراها كل من إم كيه راماسوبرامانيان، وأوم بارام، وفي سواميناثان، تصميمات إبر دقيقة متعددة الشعب تحاكي الحركة الطبقية المسننة لخرطوم الحيوان. تخترق هذه الإبر الجلد بقوة أقل بكثير، مما يجعل الحقن أقل إيلاماً للإنسان.
الميزة: تقلل الأطراف الصغيرة والتصميم الهندسي الذكي للطرف من الاهتزاز والاحتكاك. والنتيجة هي إدخال أكثر سلاسة وراحة أكبر.
- ستتعلم كيف تعمل عدة شوكات صغيرة على تقليل قوة الإدخال وتحسين القدرة على توصيل الأدوية.
- تعمل المواد والتشطيبات السطحية على تقليل الاحتكاك لدخول أنظف.
- قام العلماء برسم خريطة لتسلسل خرطوم الحشرة لحل مشكلة سريرية شائعة وتمكين الرعاية الذاتية بسهولة أكبر.
يمكن أن يؤدي تحسين الراحة إلى زيادة الالتزام بالعلاجات وفتح المجال أمام الأجهزة المنزلية. فإذا أزال تصميم بسيط الخوف من الحقن، فقد يلتزم المرضى بالعلاج بسهولة أكبر. لمزيد من المعلومات حول العلم الكامن وراء هذه التطورات، يُرجى الاطلاع على أبحاث الإبر الدقيقة على الرابط التالي: أبحاث الإبر الدقيقة.
لقاحات تسافر بشكل أفضل: الكائنات الحية التي تعيش في ظروف الجفاف تشجع على التخزين في درجة حرارة الغرفة
تقدم الكائنات الحية التي تتوقف عن العمل بدون ماء دروساً لصنع لقاحات فعالة في درجة حرارة الغرفة.
طوّرت مختبرات نوفا طريقة لتجفيف اللقاحات في شراب سكري واقٍ. تحافظ السكريات على استقرار البروتينات والمواد المساعدة وتمنع نمو البكتيريا أثناء التخزين.
السكريات والجفاف وإعادة التنشيط داخل جسم الإنسان
عند حقن اللقاح المجفف، تعمل سوائل الجسم على إعادة ترطيب الجزيئات وإعادة تنشيط الإشارة المناعية. تعمل عملية إعادة التنشيط هذه على استعادة الفعالية دون الحاجة إلى البرد الشديد، مما يسهل العمليات اللوجستية للعيادات النائية وفرق الحملات.
- ترى كيف تساعد الدروس المستفادة من الحياة المقاومة للجفاف العلماء على تثبيت الجرعات دون الحاجة إلى سلاسل مجمدة.
- ستتعلم لماذا تحمي السكريات الهياكل الهشة عند إزالة الماء، مما يحافظ على النشاط بمرور الوقت.
- تكتشف أن إعادة ترطيب الجسم بعد الحقن تجعل اللقاحات فعالة مرة أخرى للأشخاص الذين لا تتوفر لديهم أماكن تبريد.
- أنت تُقدّر كيف يمكن لهذا النهج أن يحل تحديات الصحة العامة البشرية ويقلل من هدر سلسلة التبريد.
مع تطور هذه التقنية، يُتوقع وجود بعض التحديات: اختبارات الثبات، وفحوصات الجرعات، والمراجعة التنظيمية. ومع ذلك، فإن هذه التقنية الجزيئية تُسهم في تحقيق مكاسب كبيرة في مجال التطعيمات الروتينية والاستجابة لحالات الطوارئ.
جلد القرش لهياكل السفن وملابس السباحة: أضلاع صغيرة تقلل الاحتكاك وتمنع نمو الميكروبات
تُغير النتوءات الصغيرة الموجودة على جلد سمكة القرش طريقة انزلاق الماء، وهذه الفكرة البسيطة تنتشر إلى ما هو أبعد من المحيط.
تُحاكي أفلام ريبليت حراشف أسنان أسماك القرش لإعادة تشكيل الطبقات الحدية وتقليل الاحتكاك. ويمكن ملاحظة هذا التأثير في البحر والجو، بدءًا من اليخوت المتسابقة وصولًا إلى الطائرات عالية السرعة.
من الحيوانات المفترسة في المحيطات إلى الطائرات والغواصات
التقاطع العملي: اختبرت وكالة ناسا أغشية التضليع على قارب "أمريكا كاب ستارز آند سترايبس" وحققت نتائج ملموسة. يمكنك تطبيق أغشية التضليع على هياكل القوارب، وأجسامها، وحتى ملابس السباحة عالية الأداء.
توفير الوقود على نطاق واسع: التأثير الكبير للتغييرات الطفيفة في الاحتكاك
انخفاضات طفيفة في مقاومة الهواء تتراكم. ويقدر الباحثون أن خفض مقاومة الهواء بمقدار 1% يمكن أن يوفر حوالي 25000 جالون من الوقود لكل طائرة سنوياً.
- تستكشف كيف تعمل الأضلاع المجهرية على إعادة تشكيل التدفق لتقليل الاحتكاك في البحر والهواء.
- تعمل الأضلاع على منع الميكروبات والتلوث، مما يقلل من الصيانة ويحافظ على الأداء العالي لفترة أطول.
- تتيح لك المنتجات القائمة على الأفلام تحديث أساطيل المركبات دون الحاجة إلى عمليات تجديد كاملة، مما يوفر المال بسرعة.
- يتكامل هذا التصميم مع ترقيات أخرى - المحركات والطلاءات والديناميكا الهوائية - لتحقيق مكاسب تراكمية.
- يمكنك قراءة نتائج بحرية أوسع في إطار مركز مراجعة علوم البحار التي تستكشف تأثيرات التدفق السطحي في جميع أنحاء العالم.
خلاصة القول: يتحول نمط أنيق من الطبيعة إلى توفير حقيقي في التكاليف والوقود والانبعاثات بطرق عديدة يمكنك استخدامها اليوم.
بلح البحر يرشدنا إلى الطريق: مواد لاصقة غير سامة تحت الماء للشعاب المرجانية ولإصلاحها
سرٌّ لزج من برك المد والجزر يمنحك طريقة أفضل لإصلاح الأشياء تحت الأمواج.
تُكرر بوليمرات بلح البحر البروتينات اللاصقة تتميز هذه الروابط بأنها قوية حتى في حالة البلل، وتتحمل التيارات المائية السريعة. وتشير شركة "موسيل بوليمرز" إلى أن هذه الروابط أقوى بثلاث مرات من بعض البدائل، مع كونها غير سامة. وهذا يجعل عمليات الإصلاح والترميم أكثر أمانًا للشعاب المرجانية والموائل البحرية.
الثبات بقوة في المياه الجارية دون الإضرار بالحياة البحرية
سترى كيف أدت بروتينات قدم بلح البحر إلى ابتكار مواد لاصقة سريعة التصلب تعمل في المياه الجارية.
- تكتشف مواد لاصقة تجف بسرعة وتبقى قوية في التيارات المائية.
- ستتعرف على سبب أهمية الكيمياء غير السامة للبحر وكيف تحل مشاكل الإنسان دون حدوث تسرب ضار.
- يقوم المهندسون باختبار هذه المواد لتثبيت الشعاب المرجانية، وترميم البنية التحتية، وتأمين أجهزة الاستشعار للأشخاص الذين يعملون تحت الماء.
- بفضل سهولة استخدام الخراطيش، يمكن للغواصين وأطقمهم إجراء الإصلاحات بشكل أسرع وتقليل عمليات الغوص المتكررة للصيانة.
النتيجة: خدعة بيولوجية بسيطة تحولت إلى مواد عملية تسرع من عملية الحفاظ على البيئة البحرية وتخفض تكلفتها.
خرسانة تلتئم مثل الجلد: إصلاح الشقوق بواسطة البكتيريا
تخيل الخرسانة التي تصلح شقوقها بنفسها كما يغلق الجلد الجرح.
قام الباحثون بزرع جراثيم بكتيريا العصوية المنتجة للحجر الجيري في الخرسانة حتى تتمكن المادة من التفاعل عند تعرضها للتلف.
تنشيط إنتاج الحجر الجيري عند تسرب الهواء والماء
عندما تسمح الشقوق الدقيقة بدخول الهواء والماء، تستيقظ الأبواغ الكامنة وتستهلك كمية ضئيلة من المغذيات. ثم تترسب هذه الأبواغ الحجر الجيري لملء الفراغات.
عمل هندريك ماريوس جونكرز أظهرت الدراسات في هولندا أن هذه البكتيريا يمكنها البقاء على قيد الحياة لفترات طويلة - قد تصل إلى 200 عام - مما يقلل من دورات الإصلاح ويوفر وقت وتكلفة الصيانة.
- ستتعلم كيف "تستيقظ" البكتيريا الموجودة داخل الخرسانة بالماء والهواء وتغلق الشقوق مثل الجلد.
- يمكنك أن ترى منطق التصميم: أبواغ كامنة، ومصدر داخلي للمغذيات، ومصفوفة داعمة يتم تنشيطها فقط عند الحاجة.
- أنت تقدر أن خيارات المواد توازن بين القوة والتوافق وبقاء البكتيريا لفترة طويلة للاستخدام في العالم الحقيقي.
- أنت تأخذ بعين الاعتبار تطبيقات تتراوح من الأنفاق إلى المنشآت البحرية حيث تؤدي الشقوق الصغيرة إلى مشاكل كبيرة وينخفض انبعاثات الكربون خلال دورة الحياة مع تقليل عمليات الإصلاح.
مبانٍ تتنفس: استراتيجيات تلال النمل الأبيض لتبريد المساحات الكبيرة
تخيل مبنى يستخدم مسارات تدفق هواء بسيطة وجدران سميكة ليظل بارداً دون الحاجة إلى مراوح تعمل باستمرار.
يُظهر مركز إيستجيت في هراري كيف تعمل هذه الفكرة عملياً. فهو يسحب الهواء الخارجي عبر قنوات ويستخدم الكتلة الحرارية للمبنى لتكييف تدفق الهواء.
تصميم التهوية الذاتية لمركز إيستجيت قيد التشغيل
بدلاً من تشغيل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء بشكل مستمريقوم مبنى إيستجيت بتحريك الهواء عبر قنوات وتجاويف تعمل على تدفئة وتبريد المبنى في أوقات مختلفة من اليوم.
يساهم هذا النهج في خفض استهلاك الطاقة مقارنة بأبراج المكاتب المماثلة، ويحافظ على استقرار درجات الحرارة للأشخاص الموجودين بالداخل.
خفض استهلاك الطاقة لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء مع الحفاظ على راحة الأشخاص
يكمن السر في البساطة: الجدران السميكة تخفف من تقلبات درجات الحرارة بين الليل والنهار، وتُفتح فتحات التهوية وفق جدول زمني يتناسب مع المناخ المحلي وعدد الأشخاص الموجودين. ويقوم المهندسون بضبط أحجام فتحات التهوية ومؤقتاتها لضمان وصول الهواء النقي عند الحاجة.
- ترى كيف ألهمت تلال النمل الأبيض تصميم قنوات التهوية وأجهزة التحكم في التهوية السلبية التي تحرك الهواء بشكل طبيعي عبر المساحات الكبيرة.
- تقلبات الكتلة الحراريةوبالتالي، يتحقق الشعور بالراحة المستمرة مع الحد الأدنى من التبريد الميكانيكي.
- تعمل أجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم الذكية على تحسين التدفق، وتحسين جودة الهواء الداخلي، وتقليل الأحمال القصوى لأنظمة النسخ الاحتياطي.
- يثبت مثال إيستجيت أن هذا ليس مجرد نظرية، بل هو تصميم عملي يوفر الطاقة في العالم اليوم.
مخطط شبكة الطبيعة: أنماط العفن المخاطي لمدن وسكك حديدية أكثر ذكاءً
يمكن لفطر العفن المخاطي وحيد الخلية أن يرسم خرائط النقل التي تجعل المخططين يتوقفون ويعيدون التفكير في المسارات.
في إحدى التجارب الشهيرة، رتب العلماء قطعًا من الطعام لتشبه المدن اليابانية الكبرى. وفي غضون خمسة إلى ستة أيام، نمت فطريات Physarum polycephalum شبكة تشبه إلى حد كبير شبكة السكك الحديدية في البلاد.
الخلاصة: يجد هذا النظام الحيّ مسارات فعالة بسرعة ويُظهر التكرار وتحمل الأعطال بطرق مدهشة.
توجيه تكيفي يتفوق على هندسة التجربة والخطأ
ترى كيف يساعد كائن حي بلا عقل المخططين على تصور روابط قوية تدعم مسارات القطارات والحافلات، والخدمات اللوجستية للطوارئ، وممرات المرافق.
- ستتعلم كيف يربط العفن المخاطي النقاط بسرعة ويكرر المسارات الموجودة بسرعات ملحوظة.
- أنت تدرك أن النمو التكراري الشبيه بالطبيعة يمكن أن يتفوق على أسلوب التجربة والخطأ من أعلى إلى أسفل في بعض مشاكل التصميم.
- تكتشف أساليب العمل الهجينة: اجمع بين خرائط العفن المخاطي والقيود البشرية لإنشاء خطط عملية لمدن العالم.
- تستكشف استخدام نفس المنطق لشبكات البيانات وسلاسل التوريد للكشف عن طرق غير واضحة ومنخفضة الموارد لربط منطقة ما.
انتصارات يومية من الطبيعة: ثلاثة تصاميم مستوحاة من الطبيعة تستخدمها اليوم
يمكن لنزهة بسيطة أن تكشف كيف حلت الطبيعة المشاكل التي تواجهها كل يوم.
شريط لاصق وأشواك نبات الأرقطيون: خطافات صغيرة، قبضة قوية
لاحظ جورج دي ميسترال وجود أشواك على كلبه بعد نزهة. وتحت المجهر، وجد خطافات صغيرة تلتصق بحلقات. أدى ذلك إلى ابتكار الفيلكرو: وهو لاصق متين مصنوع من خطافات يسهل تثبيتها وفكها.
طلاءات ذات تأثير زهرة اللوتس: أسطح فائقة المقاومة للماء وذاتية التنظيف
تُساعد أوراق اللوتس على طرد الماء، فتتجمع القطرات وتتدحرج. تُحاكي الطلاءات هذا النسيج الدقيق، فتحمل الماء الغبار معها. والنتيجة هي الحفاظ على نظافة الألواح والواجهات مع تقليل الغسيل وتقليل تآكل الأسطح.
زجاج مستوحى من خيوط العنكبوت: أنماط أورنيلوكس التي يمكن للطيور رؤيتها وتجنبها
يستوحي زجاج Ornilux BirdSafe إشارات الأشعة فوق البنفسجية من خيوط العنكبوت. تلاحظ الطيور هذا النمط وتتجنب الاقتراب، مما يقلل من الاصطدامات دون حجب رؤيتك.
- تبتسم كيف حوّلت نزهة مع كلبك الأشواك إلى مادة لاصقة (فيلكرو) - مثال عملي أنيق على كيفية عمل الخطافات.
- تلاحظ تشطيبات ذات تأثير زهرة اللوتس على ألواح البناء التي تطرد الماء والأوساخ دون أي جهد.
- أنت تقدر زجاج أورنيلوكس، حيث تحمي إشارة بصرية صغيرة الطيور مع الحفاظ على النوافذ خالية من العوائق.
خلاصة القول: يقدم لك العالم الطبيعي حلولاً بسيطة ومفيدة. انظر جيداً - غالباً ما تُظهر الحيوانات والنباتات في محيطك الفكرة المفيدة التالية للعالم من حولك.
مواد الميسيليوم: الفطريات التي تحول النفايات إلى أجزاء بناء قوية وخضراء
تقوم الشبكات الفطرية بهدوء بتحويل النفايات إلى أجزاء بناء قوية وخفيفة الوزن.
يمكنك العثور على ألواح من شركات مثل Biohm التي تستخدم الفطريات لربط الألياف في ألواح صلبة وخفيفة الوزن.
تعمل هذه القطع كعازل قابل للتحلل الحيوي وغير سام ينافس الخيارات التقليدية. كما يستكشف الباحثون استخدام الفطريات لإعادة تدوير المواد البلاستيكية والنفايات الزراعية وتحويلها إلى مكونات مصبوبة.
- ستتعلم كيف يربط الفطر الألياف في ألواح تعمل على عزل الصوت وتخفيفه.
- سترى كيف يقوم المصممون بتشكيل أجزاء من النفايات، محولين مشكلة التخلص منها إلى سلع بناء مفيدة.
- أنت تقدر أن هذه المواد قابلة للتحلل الحيوي، وأكثر أمانًا في التعامل معها، وتقلل من انبعاثات الكربون المتضمنة طوال دورة حياتها.
- تكتشف طرقًا لاستبدال العزل الرغوي أو المعدني بمركبات نباتية فطرية للاستخدام الداخلي.
- تتخيل نماذج "المصانع الحيوية" المحلية التي تستخدم المواد الخام الإقليمية لتقليل تكاليف النقل وتعزيز الأنظمة الدائرية للبشر والعالم.
الخطوات التالية: سيعتمد التوسع في استخدام هذه التقنية على الحصول على الشهادات، والموافقات على القوانين، وقوالب القياس للأثاث والتغليف والمكونات الداخلية.
جرب هذا في المنزل: كن مهندسًا بتصميم مستوحى من الطبيعة
الملاحظة، والرسم، والبناء، والاختبار: حلقة بسيطة تحول خصائص الحيوانات إلى حلول بشرية.
اتبع منهجًا مشابهًا لمنهج سميثسونيان للتعرف على تكيفات الحيوانات، شاهد مقطع فيديو قصيرًا، خطط لفكرة، وابنِ نموذجًا سريعًا. استخدم الكرتون والأنابيب والحاويات المعاد تدويرها لتوفير المال والوقت.
رصد التعديلات وتحويلها إلى حلول حقيقية
تتصرفون كمهندسين من خلال مراقبة الحيوانات أولاً - كيف تحل عيون الضفدع، أو ظهر الخنفساء، أو زعانف الحوت مهامًا محددة. اختر مشكلة بشرية وارسم سمة بسيطة تستعير الوظيفة، وليس الشكل الدقيق.
قم بالبناء بسرعة، واختبر بشكل متكرر، وشارك عملك
- اجمع المواد المعاد تدويرها وقم بتجميع نموذج أولي بسيط في غضون ساعة.
- اختبر بسرعة، ولاحظ ما ينجح، وقم بتعديل الزوايا أو الأنسجة أو الأجزاء.
- وثّق خطواتك واكتب قصة قصيرة حتى يرى الناس كيف ساعد العالم الطبيعي في حل مشاكل البشر.
- شارك الصور والملاحظات لإلهام الآخرين واكتشاف طرق جديدة لتحسين الفكرة.
خاتمة
عندما يستعير المهندسون وظيفة من الحيوانات، غالباً ما تصل الحلول العملية بشكل أسرع وأكثر دقة.
في مجالات النقل والطاقة والمياه والصحة والمواد والسلامة، تُظهر المحاكاة الحيوية مدى حداثة التكنولوجيا. تكنولوجيا يستخلص إشارات موثوقة من العالم الحي.
لديك الآن أدلة ملموسة - قطارات أكثر هدوءًا، وشفرات أقوى، ومياه أنظف، وإبر ألطف، وخرسانة ذاتية الإصلاح، وزجاج أكثر أمانًا - تُظهر تغييرات طفيفة في تصميم يمكن أن يحل مشكلة كبيرة مشكلة.
استلهم من الطبيعة، واختبر بسرعة، وشارك النتائج. باختصار وقتتتيح لك الخطوات البسيطة التصرف كمهندس، واكتشاف الفرص في الحياة اليومية، وتحويل الأفكار إلى مشاريع مفيدة في جميع أنحاء عالم.
