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10 mehr unglaubliche Möglichkeiten, wie die Natur uns in der Technologie besiegt
Wir Menschen haben erstaunliche Leistungen vollbracht: Wolkenkratzer, Raumfahrt, Tiefseetauchen und Dilbert Comics unter anderem. So klug wie wir auch sind, wir müssen noch viel von unseren Mitmenschen lernen. Pflanzen und Tiere zeigen immer wieder erstaunliche technische Leistungen.
In der Biomimikry werden Strukturen, Materialien und Systeme nach biologischen Einheiten und Prozessen modelliert. Wir haben Ihnen schon früher von Technologien erzählt, die Merkmale von Tieren nachahmen. Hier sind zehn weitere Beispiele, wie die Natur uns bei der Entwicklung fortschrittlicher Technologien geschult hat.
10 Haifischhaut und Flugreisen
Es gibt einen Grund, warum Haie so viele schreckliche Geschichten erzählen; Sie sind einige der effizientesten Raubtiere in der Natur. Diese Jäger haben ihre wasseroptimierte Haut zu verdanken, die ihnen dabei geholfen hat, ihre Höchstgeschwindigkeit zu erreichen. Die Oberfläche von Haifischhaut besteht aus winzigen „Zähnen“, die dermalen Dentikeln genannt werden. Diese dermale Dentikel (auch als Placoid-Schuppen bezeichnet) haben Rillen, die Wasser leiten, wodurch der Luftwiderstand verringert wird.
Das ideale Design von Haifischhaut war die Quelle zahlreicher Aha-Momente unter Erfindern. Eine brillante Anwendung kommen von drei Wissenschaftlern der Fraunhofer-Gesellschaft. Sie entwickelten eine spezielle Farbe, nachdem sie Haifischhaut aus nächster Nähe studiert hatten. Wenn diese Farbe auf eine spezielle Schablone gebürstet und auf die Oberfläche von Flugzeugen aufgetragen wird, erhält sie die Struktur von Haifischhaut und verringert den Luftwiderstand. Die Forscher behaupten, wenn diese Farbe bei jedem Flugzeug auf der Erde aufgetragen würde, würde dies bis zu 4,48 Millionen Tonnen Treibstoff pro Jahr einsparen.
9 Fischschwärme und Windparks
Es ist ziemlich faszinierend, wenn eine Fischschwarm synchron durch das Meer schwimmt. Sie scheinen auf jeden Fall mitzuhalten, selbst wenn sie plötzliche Wendungen machen. Eine Theorie hinter diesem Verhalten ist, dass Fische in einer Schule von den Strömungsmustern der umgebenden Fische abdriften können. Grundsätzlich fungiert der Schulunterricht als energiesparende Technik.
Ein Team von Caltech unter der Leitung von Professor John Dabiri entwickelte vertikale Windturbinen, die auf ähnliche Weise arbeiten. Zusammengenommen werden sie energieeffizienter, indem sie den von benachbarten Turbinen erzeugten Luftstrom nutzen. Das Ergebnis ist eine Reihe von Windkraftanlagen, die herkömmliche Windmühlen übertreffen können. Diese Ergebnisse wurden durch ähnliche Studien gestützt, die von Stanford, der Johns Hopkins University und der University of Delaware durchgeführt wurden.
8 Buckelwale und Turbinenschaufeln
Die Natur lehrt uns noch mehr über die Effizienz der Windkraft, wie der Buckelwal zeigt. Sowohl der Buckelwal als auch die Windkraftanlagen profitieren von der Verringerung des Luftwiderstands auf ihren Oberflächen. Der sanfte Riese erreicht dies dank der Unebenheiten an den Flossen, die Tuberkel genannt werden. Tuberkel ermöglichen es dem Wal, mit minimalem Widerstand zu manövrieren, was bei der Suche nach Futter notwendig ist.
Natürlich überträgt sich das Design gut auf Windkraftanlagen. Professor Frank Fish von der West Chester University entwickelte mit einem Team eine Turbinenschaufel mit Knollen. Das resultierende Design funktionierte so gut, dass es sogar in Gebieten mit geringer Windgeschwindigkeit Wind aufwirbeln konnte. Fish ist Präsident eines kanadischen Unternehmens namens Whalepower, das sich auf die Verbesserung der Turbinen- und Lüfterkonstruktion konzentriert, basierend auf den Erkenntnissen seines Teams.
7 Geckos und Power Adhesive
Gib es zu: Irgendwann in deinem Leben warst du ein bisschen neidisch, dass Geckos mühelos Wände hochgehen können. Das Mysterium der Kletternechse hat die Betrachter seit Jahrtausenden verwirrt. Es wurde schließlich im Jahr 2002 gelöst, als die Forscher Millionen winziger Härchen an den Füßen des Geckos namens Setae entdeckten. Die Setae helfen dabei, schwache elektrostatische Kräfte im Nahbereich zu erzeugen, die als van der Waals-Kräfte bezeichnet werden.
Obwohl es viele Vorschläge für diese Naturleistung gab, war insbesondere eine für sich schon erfolgreich: ein Produkt namens Geckskin. Drei hochkarätige Absolventen der University of Massachusetts Amherst entwickelte diesen wiederverwendbaren Superkleber, der von der Mechanik der Geckofüße inspiriert wurde. Das klebrige Material kann an einer glatten Wand bis zu 317 Kilogramm halten. Seit seinem Debüt hat Geckskin Auszeichnungen von Organisationen und Nachrichtenagenturen wie CNN, Bloomberg und Der Wächter (Letzteres bezeichnete es als "Fliegenfänger für Elefanten").
6 Fledermäuse und SmartCanes
Fledermäuse sind berühmt für ihre nächtlichen Fähigkeiten, die sich aus ihrer einzigartigen Fähigkeit ergeben, Objekte im Dunkeln mithilfe von Echoortung zu unterscheiden. Sie senden hohe Sonarfrequenzen aus, die von Objekten abprallen, mit denen die Kreatur beim Fliegen möglicherweise kollidieren könnte.
Ein Forschungsteam am indischen Institut für Technologie in Delhi, Indien, hat sich mit Fledermäusen ein Zeichen gesetzt, um den Standard-Weißstock für Blinde zu revolutionieren. Durch ihre Recherche haben sie das SmartCane geschaffen. Das Gerät sendet ein ähnliches Signal an Fledermäuse aus, um potenziell gefährliche Objekte zu erkennen. Das Gerät lässt sich an einem weißen Standardrohr befestigen. Wenn die Wellen zu dem Gerät zurückkehren, vibriert es, um den Benutzer darauf hinzuweisen, dass sich ein Objekt auf seinem Weg befindet.
Obwohl ähnliche Technologien wie der weithin verfügbare Ultracane bereits existieren, wollten die Entwickler von SmartCane ein Produkt schaffen, das nicht nur nützlich, sondern für jeden erschwinglich ist. Der SmartCane kostet etwa 50 US-Dollar, verglichen mit dem 1.000-Euro-Ultracane.
5 Käfer und Wasserernte
Die Entwicklung effektiver Methoden zur Gewinnung von Wasser war eine der größten Herausforderungen der modernen Zeit. Wasser ist eine so wertvolle Ressource, dass man kaum glauben kann, dass eine Kreatur es nur aus der Luft ziehen könnte. Jedoch die Stenocara gracilipes Käfer kann genau das tun.
Dieser Käfer stammt aus der Namib-Wüste im Südwesten Afrikas, einem der heißesten und unfreundlichsten Orte der Erde. Wenn der Wind den Nebel vom Meer her aufwirbelt, sammeln sich Wassertröpfchen entlang einer Reihe glasartiger Höcker entlang des Käferrückens. Die Tropfen laufen dann über kleine Kanäle zum Maul des Käfers. Dieser Prozess ist für das Überleben des Insekts von entscheidender Bedeutung, da der Nebel nur etwa sechsmal pro Monat rollt.
Forscher haben mehrfach versucht, diese nützliche Fähigkeit zu replizieren. Zum einen haben Wissenschaftler des britischen Verteidigungsministeriums im Jahr 2001 Forschungen durchgeführt, um Zelte und Dachziegel herzustellen, die Wasser in trockenen Regionen sammeln können. Eine Firma namens NBD Nano wurde auch vom Käfer inspiriert. Das Unternehmen wurde von vier Absolventen mit Abschlüssen in Biologie, organischer Chemie und Maschinenbau gegründet und hat sich zum Ziel gesetzt, eine selbstfüllende Wasserflasche auf Basis der Käferhülle herzustellen. Ab 2012 produzierten sie einen Prototyp, um auf den Markt zu kommen.
4 Seeschwämme und Sonnenkollektoren
Auf den ersten Blick sieht der orangefarbene Puffball-Schwamm möglicherweise nicht besonders gut aus. Wofür kann es sonst mehr verwendet werden als für ein trendiges Duschzubehör? Es stellt sich heraus, dass diese einfachen wirbellosen Tiere eine besondere Fähigkeit haben, Silizium aus Meerwasser zu gewinnen und es zum Aufbau ihrer schwammigen Körper zu verwenden. Dieser Prozess könnte möglicherweise eine Möglichkeit bieten, kostengünstigere und umweltfreundlichere Solarmodule zu bauen.
Hersteller erstellen Sonnenkollektoren normalerweise, indem sie Chemikalien auf eine inerte Oberfläche legen, um eine dünne kristalline Schicht zu erzeugen. Die Schicht wirkt als Halbleiter, der bei Auftreffen von Sonnenlicht einen elektrischen Strom erzeugt. Dieses Hochtemperatur-Niederdruckverfahren ist energieintensiv und daher teuer.
Der Forscher Daniel Morse und sein Team von der University of California in Santa Barbara entwickelten einen Weg, die Fähigkeit des orangefarbenen Puffballschwamms, Silizium ohne hohen Temperaturen und niedrigen Druck herzustellen, nachzuahmen. Der Schwamm leistet diese Leistung dank eines Enzyms namens Silicatein, das die Umwandlung von Kieselsäure in Meerwasser in Kieselgelspitzen ermöglicht.
Durch die Verwendung von flüssigem Zinknitrat anstelle von Meerwasser und Ammoniak anstelle von Silicat konnte das Team den Vorgang des Seeschwamms replizieren und auf Solarzellen anwenden. Der Prozess muss weiterentwickelt werden, aber er ist vielversprechend, um die Solarenergie für jedermann zugänglicher zu machen.
3 Holzwespen und Weltraumbohrgeräte
Werkzeuge, die für den Einsatz im Weltraum gebaut wurden, haben normalerweise die gleichen Probleme: Sie sind sperrig, arbeiten langsam und saugen große Mengen an Energie auf. Die Weltraumübung ist keine Ausnahme. Noch problematischer ist, dass die Bewegung von Bohrern im erdähnlichen Stil sie in einer Umgebung mit niedriger Schwerkraft wegschweben lässt.
Betritt die große Holzwespe. Auch bekannt als die Horntailwespe, tragen die Weibchen dieser Spezies einen Ovipositor, eine spitze, röhrenartige Struktur, die zum Legen von Eiern an der Rückseite ihrer Körper verwendet wird. und Ablegen der Eier in den Stamm. Der ganze Prozess schadet ihr überhaupt nicht, was beeindruckend ist, da dieses kleine Insekt ihren Körper im Wesentlichen in Massivholz treibt.
2006 veröffentlichte ein Team von vier Wissenschaftlern an der University of Bath in Großbritannien eine Veröffentlichung, in der eine Raumbohrmaschine vorgeschlagen wurde, die der weiblichen Holzwespe nachempfunden war. Dieser Bohrer wäre stark genug, um mit dem gleichen Design wie der Ovipositor durch festes Gestein zu bohren. Julian Vincent, der Professor für Biomimetik des Teams, stellte fest, dass es am schwierigsten sei, die Weltraumbehörden dazu zu bringen, das neue Design zu akzeptieren. Er sagt, dass Raumfahrtingenieure normalerweise nicht gerne neuere Technologien einsetzen, wenn die derzeitige noch funktioniert.
2 Schmetterlinge und blendfreie Bildschirme
Schmetterlinge eignen sich sehr gut für die Inspiration der visuellen Technologie. Daher ist es nicht verwunderlich, dass das Geheimnis der Beseitigung von Blendeffekten bei Mobiltelefonen auch von diesen schönen Kreaturen ausgehen kann. Deutsche Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie haben 2015 eine überraschende Entdeckung gemacht: Das Vorhandensein unregelmäßig geformter, nanoskopischer Strukturen auf den Flügeln des Glasswing-Schmetterlings eliminiert das meiste reflektierte Licht. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Nature Communications.
Es wird noch erforscht, wie diese Technologie auf Bildschirme für mobile Geräte angewendet werden kann. Wenn erfolgreich, können Sie sich wehren, Ihr Telefon im Freien zu lesen.
1 Termiten und grüne Gebäude
Eine erstaunliche Leistung der Natur in ganz Afrika ist der mächtige Termitenhügel. Ganz aus Erde gebaut, können diese Gebäude erstaunlich hoch stehen und beherbergen massive Termitenkolonien. Darüber hinaus bieten sie eine sehr effektive Methode zur Temperatur- und Lüftungsregelung. Zum einen sind die Hügel normalerweise in Nord-Süd-Richtung gebaut. Dies erlaubt es dem Hügel, Wärme an seine Basis zu absorbieren, wenn die Sonne schwach ist, und zu viel Hitzeeinwirkung während der heißesten Zeit des Tages zu vermeiden. Termiten öffnen und schließen eine Reihe von Lüftungsöffnungen im Hügel, um die warme Luft zu regulieren, die durch die Basis der Struktur kommt. Super, richtig?
Ingenieure auf der ganzen Welt haben die Designfähigkeiten der Termiten zur Kenntnis genommen und für den menschlichen Gebrauch angepasst. Das Eastgate Center in Harare, Simbabwe, der größte Einkaufs- und Bürokomplex des Landes, wurde auf Basis von grünen Architekturprinzipien errichtet, die von Termitenhügeln inspiriert wurden. Dieses Gebäude verfügt nicht über herkömmliche Heiz- oder Kühlsysteme, sondern verwendet ein passives System aus Lüftern und Lüftungsöffnungen, um die Temperaturen das ganze Jahr über zu regeln. Es wurde vom lokalen Architekten Mick Pierce entworfen, der auch ein ähnliches Gebäude in Melbourne, Australien, entworfen hat.