Биоинспирация
 | Тон или стиль этой статьи могут не отражать энциклопедический тон , используемый в Википедии . ( сентябрь 2021 г. ) |
Биоинспирация — это разработка новых материалов, устройств и структур, вдохновленная решениями, найденными в ходе биологической эволюции и совершенствования, происходящих на протяжении миллионов лет. [ 1 ] Цель состоит в том, чтобы улучшить моделирование и симуляцию биологической системы, чтобы лучше понять критические структурные особенности природы, такие как крыло, для использования в будущих биоинспирированных конструкциях. [ 2 ] Биоинспирация отличается от биомимикрии тем, что последняя направлена на точное копирование конструкции биологических материалов. Биоинспирированные исследования — это возврат к классическим истокам науки: это область, основанная на наблюдении замечательных функций, характеризующих живые организмы, и попытках абстрагировать и имитировать эти функции.
История
[ редактировать ]Идеи в науке и технике часто возникают в результате изучения природы. В 16—17 веках Г. Галилей , Дж. Кеплер и И. Ньютон изучали движение Солнца и планет и разработали первое эмпирическое уравнение, описывающее гравитацию. Несколько лет спустя М. Фарадей и Дж. К. Максвелл вывели основы электромагнетизма, исследуя взаимодействие между электрическими токами и магнитами. Исследования теплопередачи и механической работы привели к пониманию термодинамики . Однако квантовая механика возникла в результате спектроскопического изучения света. Текущие объекты внимания возникли в химии, но наиболее распространены из них в биологии, например, изучение генетики , характеристик клеток, развития высших животных и болезней. [ 3 ]
Текущая область исследований
[ редактировать ]Биоинспирация — это прочно устоявшаяся стратегия в области химии , но это не основной подход. В частности, эти исследования все еще развивают свои научные и технологические системы на академическом и промышленном уровнях. В последние годы также рассматривается возможность разработки композитов для аэрокосмического и военного применения. [ 4 ]
Эта область возникла еще в 1980-х годах, но в 2010-е годы многие природные явления не были изучены. [ 3 ] [ 5 ]
Типичные характеристики биоинспирации
[ редактировать ]Функция
[ редактировать ]Биоинспирированные исследования сильно отличаются от химических исследований. Это исследование не фокусируется на сложностях и микроскопических вещах, таких как молекулярная структура. Он основан на наблюдении и понимании функций продуктов биологической эволюции.
Безграничный источник идей
[ редактировать ]Существуют различные виды организмов и множество различных стратегий, которые доказали свою эффективность в биологии при решении той или иной функциональной проблемы. Некоторые виды биофункций высокого уровня могут показаться простыми, но они поддерживаются многими уровнями лежащих в их основе структур, процессов, молекул и их сложным взаимодействием. Нет никакого шанса исчерпать феномены для биоинспирированных исследований.
Простота
[ редактировать ]Часто биоинспирированное исследование чего-либо может быть намного проще, чем точное воспроизведение источника вдохновения. Например, исследователям не обязательно знать, как летает птица, чтобы построить самолет.
Транскультурное поле
[ редактировать ]Био-вдохновение возвращается к наблюдению за природой как к источнику вдохновения для решения проблем и делает его частью великой традиции. Простота многих решений обусловлена биоинспирированной стратегией в сочетании с тем фактом, что в разных географических и культурных регионах существуют разные типы контактов с животными, рыбами, растениями, птицами и даже микроорганизмами. Это означает, что разные регионы будут иметь существенные преимущества в тех районах, где их природный ландшафт богат. Таким образом, биоинспирированные исследования — это транскультурная область.
Технические приложения
[ редактировать ]В настоящее время доступно множество технических приложений, основанных на биоинспирации. Однако не следует путать этот термин с биомимикрией . Например, самолет вообще вдохновлен птицами. Законцовки крыльев самолета являются биомиметическими, поскольку их первоначальная функция минимизации турбулентности и, следовательно, потребления меньшего количества энергии для полета, не изменилась и не улучшилась по сравнению с оригиналом, созданным природой. Кроме того, метод нано3D-печати также является одним из новых методов биоинспирации. Растения и животные обладают особыми свойствами, которые часто связаны с составом их нано- и микроповерхностных структур. Например, были проведены исследования с целью имитировать супергидрофобность листьев Salvinia molesta , липкость пальцев ног геккона даже на скользких поверхностях и усики мотыльков , что вдохновляет на новый подход к обнаружению утечек химических веществ, наркотиков и взрывчатых веществ. [ 6 ]
-
Кончики крыльев орла -
Кончик крыла самолета
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Санчес, Клеман; Аррибар, вдохновенный дизайн; Гий, Мари Мадлен Жиро (2005). «Биомиметизм и биоинспирация как инструменты создания инновационных материалов и систем». Природные материалы . 4 (4): 277–288. Бибкод : 2005NatMa...4..277S . дои : 10.1038/nmat1339 . ПМИД 15875305 .
- ^ «Определение БИОИНСПИРЕДА» . Аэрокосмическая Америка . Проверено 26 сентября 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уайтсайдс, генеральный менеджер (15 мая 2015 г.). «Биоинспирация: что-то для каждого» . Фокус на интерфейсе . 5 (4): 20150031. doi : 10.1098/rsfs.2015.0031 . ПМЦ 4590425 . ПМИД 26464790 .
- ^ Ислам, Мухаммед Камрул; Хэзелл, Пол Дж.; Эскобедо, Хуан П.; Ван, Хунсюй (июль 2021 г.). «Стратегии проектирования биомиметической брони для аддитивного производства: обзор» . Материалы и дизайн . 205 : 109730. doi : 10.1016/j.matdes.2021.109730 .
- ^ Кришнан, Раджешвар. «Биомиметический или биоинспирированный?» (PDF) . Электрохимическое общество (ECS).
- ^ Энтони, Лоудер (25 октября 2017 г.). «3D-принтер Nanoscribe от Nanoscribe, используемый для изучения форм животных и биоинспирированных материалов — сеть средств массовой информации 3D-печати» . Медиа-сеть 3D-печати .