Ние, хората наистина сме постигнали някои забележителни открития – небостъргачите, пътуването в Космоса, гмуркането до най-дълбоките места в Океана, както и хиляди други малки и по-големи постижения. Но все пак, колкото и умни да сме, все още имаме доста какво да научим от нашите роднини – животни и растения. Те непрекъснато демонстрират съвършенството на природата, чрез хилядите си „приспособления“, помагащи им по един или друг начин да оцеляват, да се размножават или просто – да бъдат по-добри от останалите.

Биомимикрията е нещо, за което вероятно сте чували – начинът по който живите организми могат да моделират и имитират чужди структури, материали и дори други организми. А тя е само един от многобройните примери за превъзходството на животните в много технологични отношения. Екстри, които ние хората копираме от тях. Ето още няколко примера.

Кожата на акулата и въздушните полети

Чудите се какво общо имат ли? След малко. Нека първо повторим една от причините, поради която тези хищници имат ужасяваща слава – те просто са едни от най-ефикасните хищници, които може да откриете на планетата. Тези ловци имат редица предимства пред останалите морски обитатели, като кожата е една от тях. Тя е „оптимизирана“ за живот във водата и им помага да достигат наистина големи скорости на движение. Цялата повърхност на кожата на акулите е покрита от микроскопични „зъбчета“, наречени още дермални или кожни. Тези образувания, наричани още от някои учени „видоизменени люспи“ са подредени така, че образуват бразди, жлебове, които канализират и насочват водните потоци, намалявайки значително триенето.

Този перфектен дизайн на акуловата кожа е накарал неведнъж учените да възкликват от одобрение. И разбира се – да опитват да имитират нейните свойства. Учени от университета Фраунхофер в Германия са разработили специална боя, след като много години изучават акулите. Нанесена върху специални шаблони и след това приложена върху корпуса на самолети, тя до голяма степен наподобява структурата на акуловата кожа и… намалява триенето разбира се! Според изчисленията на учените, ако такава боя се използва върху всеки един самолет, летящ на планетата, технологичното постижение, инспирирано от живата природа би спестило цели 4.48 милиона тона гориво на година!

Рибните пасажи и вятърните турбини

Отново странна аналогия, нали? Ако сте гледали видеозаписи на пасажи от риби, то те са не само красиво „реещи“ се из океана. Те се движат до голяма степен като едно цяло, а отклоненията на отделни риби са рядкост.

Една от теориите за подобно поведение е, че отделната риба в пасажа буквално може да се плъзга и „сърфира“, плувайки по-лесно когато е попаднала във образуваните от другите риби флуидни потоци. Така че рибите правят това не точно за красота, а по-скоро, защото тази техника е пестяща енергия и усилия – следователно и храна.

Екип от университета Калтек, воден от професор Джон Дабири е създал прототип на вертикални вятърни турбини, които работят имитирайки принципа на рибните пасажи. Когато са групирани заедно, тези турбини стават много по-енергийно ефективни, защото използват завихрянията на въздушния поток, генерирани от останалите турбини. В резултат масива от този нов тип генериращи енергия „стълбове“ може да надмине значително по ефективност конвенционалните.

Тестовете са потвърдени и от други екипи учени, работещи над аналогични технологии в университетите Станфорд, Джон Хопкинс и Делауеър.

Гърбавите китове и перките на вятърните турбини

Природата може доста да ни учи по отношение на енергийната ефективност. И китовете (в случая гърбатия кит) ни демонстрират точно това. Вятърните турбини на хората, както и китовете се стараят да извлекат повече ползи, намалявайки триенето и съпротивлението, създавано от техните тела. Но разбира се китовете печелят. Тези морски гиганти постигат удивителна точност при движенията си, като хабят минимално количество енергия, защото на перките си имат подутини, наречени туберкули. Този природен механизъм им позволява да маневрират с минимално съпротивление от водата, а това е доста важно по време на продължителния процес на търсене на храна.

Разбира се, този природен дизайн по желание на учените е трансфериран и при вятърните турбини. Професор Франк Фиш от университета Уест Честър работи с екипа си над създаването на перка за вятърна турбина, която има такива туберкули. Ефектът е изненадващо добър и те работят толкова добре, че поемат вятъра дори от зони в които движението на въздушните потоци е ниско. Може би добрите резултати са накарали професора да оглави частна компания – Whalepower, посветена на подобряването на вятърните турбини и дизайна на перките.

Геконите и супер мощните лепенки

Познавате тези сладки „гущерчета“, нали? Вероятно все някога сте им завиждали заради начина по който те могат лесно да пълзят и да се катерят по отвесни стени, тавани и изобщо на всякакви повърхности. Мистерията на катераческите им способности е била обект на интерес от стотици години, насам. И не – те не използват никакво лепило, за да се катерят!

Финално мистерията е разрешена едва през 2002 година, когато учени откриват, че по пръстите на гекона има милиони микроскопични косъмчета, оформени в нещо като нежна четина. Тя спомага за създаването на слаби, действащи на малки разстояние електростатични сили, наречени Ван дер Ваалсови сили.

И макар че вероятно подобни постижения на природата биха имали редица приложения, то едно от тях се оказва доста успешно. Това е продукт, наречен Geckskin (от геконова кожа). Създаден е от трима предприемачи, завършили университета Амхърст в Масачузетс. Те създават супер адхезивен (прилепващ) продукт, който е вдъхновен именно от краката на геконите. Лепкавият материал може да задържи до 317 килограма тежест върху гладка стена.

Затова не е чудно, че от дебюта си досега Geckskin е спечелил множество награди от различни организации, включително CNN, Bloomberg и The Guardian.

Прилепите и умните бастуни

Прилепите са известни със своите нощни способности и уникалната си възможност да различават обекти в пълен мрак, благодарение на способностите си за ехолокация. Те издават високочестотни звуци, които се отразяват от обектите, връщат се и по този начин летящите мишки могат да разберат дали ще се блъснат в нещо, докато летят.

Изследователски екип от индийския институт по технологии в Делхи, Индия взема идеите си от прилепите, за да разработи високотехнологичен бастун за слепи хора. В резултат се появява SmartCane – устройство, което издава сигнали, подобно на прилепите и с тях засича потенциално опасни обекти. Устройството може да се закачи на стандартен бастун, а когато то засече препятствие, то започва да вибрира и така човекът усеща, че трябва да внимава за препятствие на пътя си.

Макар че подобни технологии вече съществуват и дори са познати от години (като Ultracane), то създателите на SmartCane искат да създадат продукт, който не само да е полезен, но и да е достъпен за хората. Проектната цена на SmartCane е само 50 долара, докато тази на наличната Ultracane e… 1000!

Бръмбарите и добива на вода

Ефективните инженерни методи за добив на питейна вода са едни от най-сериозните предизвикателства дори в днешната технологична ера. Водата е толкова ценен ресурс, че е трудно да повярваме, че в живата природа един обикновен бръмбар може просто да я добива директно от въздуха! Да, насекомото Stenocara graciliepes може да прави именно това.

Този бръмбар е типичен за природата на крайбрежието на пустинята в Намибия, югозападна Африка. Тази пустиня е позната, като едно от най-горещите и неприветливи места в света. Но въпреки това, когато ветровете издухват мъглите и водните изпарения от океана към брега, водата просто се кондензира по гърба на тези бръмбари. Това става благодарение на малки подутини, подредени в редици по твърдите им криле. Малките капчици, които се кондензират започват да се сливат и потичат по тези малки каналчета директно в устата на бръмбара. А процесът е критично важен за оцеляването му, защото такива мъгли се образуват само няколко пъти в месеца.

През годините има многократни опити на учени, опитващи се да симулират това ценно предимство на живата природа. Едни от първите успешни са през 2001 година, когато британското министерство на отбраната създава военни палатки, чиито покриви имат микро каналчета, които могат да събират водата дори от такива сухи региони. По-късно, компания наречена NBD Nano, също вдъхновена от този бръмбар създава бутилка за вода, която може да се пълни сама, чрез процес, подобен на този, който наблюдаваме по гърба на животното от дивата природа. През 2012 година те пускат и първия си прототип на пазара.

Морските сюнгери и соларните панели

Но какво общо имат тен? На пръв поглед оранжевите пухкави „топки“ може и да не изглеждат полезни за нещо повече, освен като аксесоар за търкане на гърба ви в банята. Но учените са открили, че тези прости безгръбначни притежават специални способности да… добиват силиций от морската вода и да го използват при създаването на гъбестите си тела. Процесът има огромен потенциал – създаването на евтини и много екологично чисти слънчеви панели.

Днешните производители правят своите панели, чрез полагане на слоеве химични вещества върху инертна повърхност, като така се създава тънък прозрачен активен слой. Той действа като полупроводник и генерира електрическо напрежение, под въздействие на слънчевата светлина. Създаването на панелите е високотемпературен процес, провеждан в условия на ниско налягане и изисква много енергия – затова е и скъп.

Даниел Морз и неговия екип от университета в Санта Барбара, Калифорния са изнамерили начин за имитация на способностите на оранжевите сюнгери за производство на силиций, без употребата на високи температури и ниско налягане. Сюнгерите извършват този процес, благодарение на ензим наречен силикатеин, който помага за превръщането на силициевата киселина от морските води в силицеви иглички, образуващи сюнгера. Използвайки течна смес от цинков нитрат, вместо морска вода и амоняк вместо силикатеин, екипът е успял да имитира процесът за образуване на гъбата и да го приложи към създаването на слънчеви клетки. Разбира се, той още не е идеален и ще мине време да се подобри, но при успех соларните панели ще станат толкова евтини, че ще могат да се използват повсеместно.

Дървесните оси и космическите „бормашини“

Казвам „бормашина“, имайки предвид пробивните инструменти, нужни в практиката за създаване на отвори при конструкции. Тези, използвани в орбита от астронавтите са тежки, работят бавно и гълтат много енергия. На всичко отгоре имат неприятния ефект, че може просто да се завъртят и излетят в открития Космос.

Тук на помощ идва отново природата и по-специално един вид дървесни оси. Техните женски притежават нещо като „опашки“ – структури използвани за полагане на яйцата (яйцеполагало). С помощта му женската полага своите яйца там, където те трябва да се излюпят – а именно под кората на дърветата. Целият процес е лесен за осата, което всъщност е доста забележително, като се има предвид, че осата е доста дребна, а се налага да пробива твърда кора, често дебела повече от цялото и тяло.

През 2006 година екип учени от университета Бат във Великобритания издаде статия в която се предлага техника за пробиване, имитираща процесът познат от дървесните оси. Тази технология е толкова ефективна, че може с лекота да прави отвори в твърда скала, използвайки дизайна на… яйцеполагалото.

Джулиън Винсънт, професор по биомиметика (наука имитираща процеси от живата природа), описва в статията си, че всъщност най-трудната част ще бъде… убеждаването на космическите агенции да приемат новия дизайн за пробивни уреди. Според него инженерите просто не обичат да използват нови техники, ако настоящите им работят. А всъщност, прилагането на този нов метод би могъл да спести множество усилия, енергия и да повиши скоростта на работа в околоземна орбита.

Пеперудите и антирефлексните екрани

Насекомите с красива окраска и прекрасни криле са известни с това, че са вдъхновили не едно или две изобретения. Така че не е изненада, че една от възможностите, заимствани от тях е именно елиминирането на отблясъците светлина на екраните на устройствата, което дразни и пречи на нормалното възприятие.

През 2015 година немски учени от института по технологии в Карлсруе правят изненадващо откритие. Наличието на микроскопични наноструктури с различна форма и големина в крилете на пеперудите е причина за това, те да елиминират отблясъците и повърхността им винаги да изглежда матова. Тези открития са описани в списание Nature, а днес учените се опитват да приложат тази „природна“ технология върху екраните на мобилните устройства. Когато те успеят, а това е сигурно, дисплеите на телефоните ще могат да се четат много по-лесно на открито, защото няма да отразяват така лесно светлината и да приличат на огледало.

Термитите и екологичните сгради

От десетилетия насам е известно, че термитите в Африка създават уникални структури, нещо като цели градове. Изградени изцяло от пръст те могат да се извисяват на голяма височина и да стават дом на огромни колонии от тези насекоми. И не само това, но те притежават изключително ефективен метод за регулиране на температурата и вентилацията – нещо като естествен, природен климатик!

Като за начало тези домове обикновено са построени с ориентация север-юг. Това позволява на термитника да абсорбира топлината в основата си, когато слънцето е ниско и така да се бори с прекаленото нагряване през най-горещите часове от деня. Термитите отварят и затварят поредици от вентили (дупки) вътре в термитника, като по този начин регулират въздушния поток отвътре, който циркулира отдолу нагоре и охлажда целия „мравешки град“. Страхотно, нали?

Човешките инженери вземат поуки от термитите и използват този дизайн, за да го адаптират към домовете на хората. В Хараре, Зимбабве дори вече има изграден шопинг център (Eastgate Centre), който има такава архитектура и следва принципите, познати от термитниците. Тази човешка сграда няма стандартна климатична инсталация, като използва пасивна система от вентилатори и вентили за регулиране на температурата през цялата година.

Сградата е създадена от местния архитект Мик Пиърс, който е създал подобни сгради и на други горещи места по света, като например в Мелбърн, Австралия.