حیواناتی که الهام‌بخش اختراعات مهم شدند

بد نیست بدانید پشه‌ها، پروانه‌ها، نهنگ‌ها و زرافه‌ها هر کدام در دنیای مهندسی به‌نوعی الهام‌بخش ایده‌های مهمی برای ساخت سوزن جراحی، لنز دوربین، بالگرد، ضد یخ و… شدند که در این مطلب مهم‌ترین‌شان را مرور می‌کنیم.

​​​سال‌هاست که انسان‌ها از حیوانات الهام می‌گیرند و برای همه چیز از مُد گرفته تا معماری، گونه‌ها را مورد استفاده قرار می‌دهند. در دنیای مهندسی به این مبحث «بیومیمیک» می‌گویند. ممکن است تعجب کنید که چگونه بسیاری از اختراعات واقعاً از طراحی و رفتار حیوانات برگرفته شده‌اند. در این‎جا چند مورد از جالب‌ترین نمونه‌های آن آورده شده است.

پشه‌ها سوزن‌های جراحی

دانشمندان از توانایی نیش زدن پشه‌ها برای کاهش درد سوزن‌ها برای انسان استفاده می‌کنند. محققان و مهندسان دانشگاه کانسای در ژاپن از دهان سوزنی‌مانند پشه (به نام پروبوسیس آن) نشانه‌هایی را برای طراحی یک سوزن سه شاخه با حداقل تهاجم دریافت کردند. سوزن نیز کمی در حدود ۱۵ هرتز می‌لرزد، شبیه به گاز گرفتن واقعی که تماس سوزن را به پوست کاهش می‎دهد و از شدت درد می‌کاهد. آزمایش‌ها ثابت کرده است که این سوزن بی‌عیب و نقص کار می‌کند.

کرم شب‌تاب لامپ‌های ال‌ای دی

کرم شب‌تاب به کارآمدتر شدن لامپ‌های LED کمک می‌کند. این فانوس‌های حشره‌ای دارای ریزساختار‌ها یا برآمدگی‌های میکروسکوپی نامتقارن هستند که نور را آزاد می‌کنند. محققان از ایالت پنسیلوانیا دریافتند که افزودن ریزساختار‌ها به سطح LED ها، که معمولاً دارای برآمدگی‌های متقارن هستند، باعث می‌شود نور بیشتری فرار کند. این فرایند آنها را کارآمدتر می‎کند و استخراج نور را تا ۹۰ درصد بهبود می‌بخشد.

جمجمه دارکوب جعبه سیاه

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که دارکوب‌ها چگونه می‌توانند در تمام طول روز به طور یکنواخت به تنه درختان بکوبند و به این عملکرد خود ادامه دهند؟ دلیلش این است که جمجمه آنها دارای ضربه گیر‌های داخلی است که دانشمندان طراحی طبیعی آنها را برای جعبه سیاه هواپیما دزدیده‌‍‌اند! محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، از ویدئو و سی تی اسکن دارکوب‌ها استفاده کردند تا متوجه شوند که جمجمه آنها با چهار ساختار طراحی شده است. این ساختار‌ها شوک مکانیکی را جذب می‌کند و همچنین منقار آنها دارای ناحیه‌ای پر از مایع اسفنجی و مغزی نخاعی است که برای مهار ارتعاش عمل می‌کند. دانشمندان از این ویژگی برای ایجاد رکورد‌های پرواز که در برابر ضربه مقاوم هستند، استفاده کردند که به جعبه سیاه هم معروف است.

چشمان گکو لنز‌های تماسی و لنز‌های دوربین

این مارمولک‌ها ممکن است کلید بهبود بینایی انسان را داشته باشند. آنها یکی از معدود حیواناتی هستند که می‌توانند رنگ‌ها را در شب ببینند و بینایی آنها ۳۵۰ برابر حساس‌تر از انسان است. دانشمندان دانشگاه لوند دریافتند که گکو‌ها فقط دارای تراکم مخروطی بالاتری در شبکیه چشم خود هستند، به این معنی که می‌توانند طول موج‌های نور خاص‌تری را تشخیص دهند. محققان امیدوارند که این موضوع بتواند لنز‌های دوربین و همچنین توسعه لنز‌های تماسی چند کانونی را در آینده بهبود بخشد.

بال‌های پروانه فناوری ضدجعل پول

پول‌های تقلبی به لطف پروانه‌ها از بین می‌رود! در پروژه‌ای به نام NOtES محققان دانشگاه سیمون فریزر، بال‌های رنگین کمانی پروانه مورفو کاستاریکا را مورد مطالعه قرار دادند. آنها با استفاده از ساختار‌های تداخل نور در مقیاس نانو، فناوری ایجاد کردند تا یک مهر ضدجعل ایجاد کنند. شکستن آن از هولوگرام دشوارتر است و می‌توان آن را نه تنها روی اسکناس، بلکه روی طیف وسیعی از اشیای دیگر چاپ کرد.

باله نهنگ‌عنبر نیروی باد

نهنگ‌های گوژپشت یکی از بزرگ‌ترین جانوران روی زمین هستند و با این حال به لطف حرکت باله‌های خوش‌طراحی خود، با سرعت حرکت می‌کنند. باله‌های نهنگ گوژپشت به دلیل وجود غده‌هایشان (برجستگی‌هایی که روی باله‌های آنها یافت می‌شود) برای توربین‌های بادی مورد مطالعه و مدل سازی قرار گرفته‌اند که به بهبود آیرودینامیکی کمک می‌کند. شرکتی به نام WhalePower دریافت که توبرکل‌ها ۸ درصد بهبود در بلند کردن و ۳۲ درصد کاهش در کشش ایجاد می‌کنند و امکان افزایش ۴۰ درصدی زاویه حمله روی باله‌های صاف را فراهم می‌کنند. آنها از این ویژگی برای طراحی توربین‌های بادی با راندمان افزایش یافته استفاده می‌کنند که همچنین ظرفیت بهبود ایمنی و عملکرد هواپیماها، فن‌ها و موارد دیگر را دارد.

زرافه‌ها پایداری فشار خون

زرافه‌ها از بلندترین جانوران روی زمین هستند که به این معنی است که خون آنها فضای زیادی برای گردش دارد. دانشمندان از بدن این جانوران برای کمک به انسان در درمان زخم‌های وریدی پا، با فشرده سازی استفاده کرده‌اند. اندازه قلب و پا‌های زرافه دو برابر انسان است، با این حال آنها همچنین دارای عضلات ساق پای کوچک‌تر، بدون انگشتان متحرک و حداقل حرکت مفاصل مچ پا هستند. از طرفی، آنها پوستی بسیار سخت، فیبری و غیرالاستیک دارند که آستین سفت و سختی ایجاد می‌کند تا بازگشت وریدی را بهینه کند. دانشمندان از این خاصیت برای ایجاد یک سیستم فشرده سازی برای انسان‌هایی که از زخم‌های وریدی پا رنج می‌برند، استفاده کرده‌اند.

مرغ مگس‌خوار فناوری هلی‎کوپتر

مرغ مگس‌خوار توانایی پرواز به عقب و شناور شدن در جای خود را دارد که آن را شبیه به هلی‎کوپتر می‌کند. پژوهشگران دانشگاه استنفورد و دانشگاه واگنینگن پس از ردیابی گشتاور بال‌های ۱۲ گونه مختلف مرغ مگس‌خوار، مطالعه‌ای را منتشر کردند و دریافتند که نسبت طول بال به عرض این پرندگان توانایی آنها را برای حفظ قدرت شناور ماندنشان افزایش می‌دهد. به طور خاص، مرغ‌های مگس خوار با نسبت ابعاد بزرگ‎تر نسبت به دیگران، انرژی کمتری مصرف می‌کردند. مهندسان امیدوارند از این اطلاعات در طراحی هلی‎کوپتر استفاده کنند.

ماهی کاد ضدیخ در بانک‌های خون

دانشمندان دریافتند که Arctic Cod یک مکانیسم تکاملی برای جلوگیری از یخ زدن در آب‌های یخی محل زندگی‎اش دارد. ماهی کاد از یخ زدن جلوگیری می‌کند، زیرا پروتئین‌های ضدیخ واقعی دارد (به معنای واقعی کلمه گلیکوپروتئین ضدیخ نامیده می‌شود) که در خون آنها گردش می‌کند تا آن را به شکل مایع نگه دارد و نه یخ. این موضوع باعث شد تا محققان دانشگاه وارویک، پلیمر جدیدی به نام پلی وینیل الکل برای حفظ خون بسازند که مانند ضدیخ عمل می‌کند و از یخ زدگی که می‌تواند سلول‌ها را از بین ببرد، جلوگیری می‌کند.

سمور دریایی لباس مرطوب

دانشمندان MIT در مطالعه‌ای که در مجله Physical Review Fluids منتشر شده‌است، از خز سمور برای یک نوآوری تقلید کرده‌اند. آنها پوسته‌های خزمانند و لاستیکی ایجاد کردند که از همان مکانیسمی بهره می‌برد که سمور‌ها برای گرم نگه داشتن استفاده می‌کنند. این جانوران هوا را بین مو‌های منفرد هنگامی که در آب هستند به دام می‌اندازند.

پوست کوسه کشتی‌های نیروی دریایی ایالات متحده

کوسه‌ها به لطف پوست صاف و ابریشمی خود در اقیانوس‌ها سر می‌خورند؛ موضوعی که نیروی دریایی ایالات متحده را تحت تاثیر قرار داده است تا به این پوست‌ها به عنوان راهی برای جلوگیری از چسبیدن میکروارگانیسم‌ها به سطح کشتی‌هایشان نگاه کند. پوست کوسه با فلس‌های V شکل کوچکی به نام دنتیکل‌های پوستی پوشیده شده است که به کوسه‌ها کمک می‌کند تا از چسبیدن میکروارگانیسم‌ها جلوگیری کنند. نیروی دریایی از آن زمان ماده‌ای به نام Sharklet را براساس این الگوی پوست ایجاد کرده است تا از رشد موجودات دریایی روی بدنه کشتی‌ها جلوگیری کند. این فناوری عملکرد کشتی را بهینه می‎کند و هزینه سوخت را کاهش می‌دهد.

موریانه‌ها سیستم‎های تهویه

آفریقا یکی از گرم‌ترین مکان‌های روی زمین است؛ با این حال تپه‌های عظیم موریانه که در آب وهوای خشک آن وجود دارند، خنک باقی می‌مانند. دانشمندان ایده‌های طراحی را از این موجودات کوچک می‌دزدند تا به تهویه مناسب ساختمان‌ها کمک کنند. آنها دریافتند که این تپه‌ها دارای یک دودکش مرکزی عایق شده بزرگ هستند که توسط تکیه‌گاه‌هایی احاطه شده است که در طول روز گرم می‌شوند و هوای گرم را به سمت بالا و خارج از دودکش حرکت می‌دهند و هوای خنک را در داخل نگه می‌دارند. مهندسان امیدوارند که از این ایده در ساختمان‌ها و سیستم‌های تهویه استفاده کنند. یک شرکت مهندسی به نام Arup با استفاده از این فناوری یک مرکز خرید در زیمباوه ساخته است و ۱۰ درصد انرژی کمتری نسبت به تهویه مطبوع سنتی مصرف می‌کند.