science >> Wetenschap >  >> Natuur

Top 5 manieren waarop de natuur technologie heeft geïnspireerd

Hoe heeft de natuur de ontwikkeling van technologie gevormd? Zie meer levende groene foto's. © iStockphoto/alistarcotton

Ingenieurs zijn bezig met het oplossen van problemen. Het is hun taak om manieren te vinden om bepaalde resultaten te bereiken. Het probleem zou kunnen zijn een manier te vinden om een ​​wolkenkrabber te bouwen die bestand is tegen orkaankracht. Of het zou kunnen zijn om een ​​methode te ontdekken om een ​​specifieke dosis medicijnen af ​​te geven aan een enkele cel in het menselijk lichaam.

Ingenieurs kijken vaak naar de natuur om te zien of er al een oplossing is voor het probleem waarmee ze momenteel worden geconfronteerd. Ze moeten niet alleen de oplossing herkennen, maar ook kunnen studeren, kopieer en verbeter die oplossing zodat we er voordeel uit kunnen halen. Er is een speciaal woord voor deze benadering: biomimetica . uiteindelijk, de creatie van de ingenieur bootst de structuur of functie van een biologische entiteit na.

De resultaten kunnen ontzagwekkend zijn of iets dat mensen routinematig als vanzelfsprekend beschouwen. Maar zelfs de basisuitvindingen zouden niet mogelijk zijn geweest als ingenieurs niet goed hadden gelet op de manier waarop dingen in de natuur werken. We bekijken vijf manieren waarop de natuur de technologie heeft geïnspireerd waarop we vertrouwen, in willekeurige volgorde vermeld.

Inhoud
  1. Kunstmatige intelligentie ontwikkelen
  2. Binnenvallende kankercellen
  3. Vasthouden aan muren
  4. Autonoom navigeren
  5. Vlucht nemen

5:Kunstmatige intelligentie ontwikkelen

Het brein is zo complex dat zelfs de snelste supercomputer het niet in realtime kan simuleren. © iStockphoto/Henrik5000

Kunstmatige intelligentie is een term die al tientallen jaren wordt gebruikt. Vroeger, computers waren gewoon krachtige machines die enorme getallen konden kraken -- ze konden niet voor zichzelf denken. Een computer kon alleen expliciete instructies volgen.

Vandaag, ingenieurs en computerwetenschappers proberen de sprong te maken van rekenen naar denken. Ze hebben enige vooruitgang geboekt. In 2008, wetenschappers gebruikten de BlueGene L-supercomputer om de hersenen van een muis te simuleren. Dat klinkt misschien simpel, maar een brein - zelfs een brein dat bij een virtuele muis hoort - is ongelooflijk complex. zo ingewikkeld, in feite, dat de krachtige computer de simulatie alleen in bursts van 10 seconden kon uitvoeren [bron:BBC News].

In 2009, Cornell-onderzoekers creëerden een computerprogramma dat de basiswetten van beweging kon afleiden door de bewegingen van een slinger te analyseren. Het programma deed een reeks metingen en gebruikte een genetisch algoritme om de basiswetten van de fysica te extrapoleren.

In de toekomst, we kunnen machines zien die in staat zijn om complexe technische problemen op te lossen. We kunnen zelfs het punt bereiken waarop computers nog krachtigere machines ontwerpen. Hoe is dat voor diep nadenken?

4:Binnenvallende kankercellen

Nanotechnologiewetenschappers bestuderen virussen in de hoop nieuwe behandelingen te ontwikkelen voor ziekten zoals kanker. © iStockphoto/Henrik5000

Er zijn teams van ingenieurs, computerwetenschappers en artsen die cel voor cel werken aan methoden om kanker en andere ziekten te genezen. Een oplossing waar ze aan werken, is het ontwerpen van leveringstechnologieën op nanoschaal. Ze bouwen medische nanodeeltjes -- objecten die kleiner zijn dan 100 nanometer in diameter. Een nanometer is een miljardste van een meter. In feite, de nanoschaal is zo klein dat het onmogelijk is om nanodeeltjes te zien, zelfs niet met behulp van een lichtmicroscoop.

Het idee is elegant:maak een medicijnafgiftedeeltje dat een kankercel kan opzoeken, infiltreren en medicatie precies daar afleveren waar het heen moet. Door zich alleen op de kankercellen te richten, artsen hopen de ziekte te elimineren en eventuele bijwerkingen te minimaliseren. Gezonde cellen zouden onaangetast blijven.

Dit is lastiger dan het klinkt. Maar deze teams hebben een natuurlijk model dat ze kunnen bestuderen om nanodeeltjes te maken:virussen. Virussen kunnen slechts enkele nanometers lang zijn en kunnen op de een of andere manier specifieke soorten cellen opsporen voordat ze zich vermenigvuldigen. Artsen hopen nanodeeltjes te maken die dit vermogen nabootsen.

3:Vasthouden aan muren

Deze gekko leert ons misschien hoe we op muren moeten lopen. © iStockphoto/swisshippo

Sinds het begin der tijden, de mens heeft gezocht naar de ideale manier om iets aan iets anders te plakken. In oude tijden, dit kan betekenen dat er een grote spijker door de huid van een mammoet moet worden gehamerd om de grotwoning iets minder tochtig te maken. Tegenwoordig, ingenieurs kijken naar planten met bramen of wezens zoals de gekko voor inspiratie.

In 1941, De Zwitserse ingenieur Georges de Mestral was bezig bramen uit te zoeken die aan zijn kleding en in de vacht van zijn hond waren blijven hangen. Hij plaatste een braam onder een microscoop en merkte op dat het kleine weerhaken had waardoor het zich kon hechten aan passerende wezens. De ingenieur kwam met een briljant plan -- maak een materiaal dat deze kleine weerhaken als bevestigingsmiddel gebruikte. Dat materiaal is wat we nu Velcro noemen [bron:Stephens].

Dan is er Gecko Tape, een materiaal dat nanoscopische haren gebruikt om zich aan transparante oppervlakken te hechten. De haren bootsen de haren na die je aan de voeten van gekko's zou vinden. Op een dag, wetenschappers kunnen misschien een heel pak maken met dit materiaal. Dat pak zou de drager in staat stellen muren te beklimmen en misschien zelfs over plafonds te lopen. Het duurde niet lang, misschien kunnen we onze vriendelijke buurt Spider-man bellen.

2:Autonoom navigeren

Kunnen mieren ons helpen bij het ontwerpen van navigatiesystemen voor robots? © iStockphoto/arlindo71

In de toekomst, er zullen robots zijn. Of ze nu in al onze behoeften voorzien of ons in groepen opjagen. Dat zullen we later zien. Hoe dan ook, een kenmerk dat robots nodig hebben om hun ware potentieel te bereiken, is autonome navigatie.

De meeste robots hebben ofwel een voorgeprogrammeerde route nodig of reageren gewoon op de omgeving wanneer ze een obstakel tegenkomen. Slechts weinigen kunnen op eigen kracht de weg van het ene punt naar het andere vinden. Sommige ingenieurs proberen dit probleem op te lossen door mieren te bestuderen.

De Cataglyphis is een mier die voorkomt in de Sahara. In tegenstelling tot andere mieren, de Cataglyphis vertrouwt niet op feromoonsporen om door zijn omgeving te navigeren. Wetenschappers geloven dat de mieren een combinatie van visuele besturing gebruiken, padintegratie en systematisch zoeken [bron:Möller et al.]. Ingenieurs hopen dat door een beter begrip te krijgen van hoe wezens zoals de Cataglyphis navigeren, ze kunnen robots bouwen met vergelijkbare mogelijkheden.

1:Vlucht nemen

Deze bultrug kan niet vliegen, maar zijn vinnen kunnen ons helpen de lucht in te gaan. © iStockphoto/adwalsh

In 2000, Walt Disney Pictures heeft een nieuwe bewerking van 'Fantasia' uitgebracht. De bijgewerkte film bevatte verschillende nieuwe sequenties, een daarvan bevatte een groep bultruggen die op de vlucht sloegen naar de stammen van "The Pines of Rome" van Ottorino Respighi. Hoewel het niet waarschijnlijk is dat bultruggen de lucht in gaan, de fantastische reeks voorspelde een daadwerkelijke wetenschappelijke ontdekking.

In mei 2004, een groep wetenschappers en ingenieurs publiceerde een wetenschappelijk artikel in het tijdschrift Physics of Fluids. Het team had modellen gebouwd van de borstvinnen op een bultrug. Op één model waren ze inbegrepen knobbeltjes -- de hobbels die je zou vinden op de vinnen van een echte walvis. Op een ander model gebruikten ze een glad oppervlak.

Ze testten beide modellen in een windtunnel bij de U.S. Naval Academy. Hun tests toonden aan dat de flipper met de knobbeltjes een verbetering van 8 procent in lift zag. In aanvulling, de flipper had minder kans om over te slaan bij steile windhoeken en creëerde tot 32 procent minder weerstand.

Kunnen we binnenkort vliegtuigen met hobbelige vleugels zien? Het is heel goed mogelijk. De bevindingen van het team suggereren dat de natuur een efficiënt apparaat heeft gecreëerd om door vloeibare omgevingen te bewegen. Het is misschien dwaas om niet te profiteren van deze ontdekkingen.

Er zijn honderden andere voorbeelden van hoe de natuur de technologische ontwikkeling door de menselijke geschiedenis heeft geleid. Dus de volgende keer dat u een complex technisch probleem moet oplossen, misschien wilt u eerst een kijkje nemen in uw eigen achtertuin.

Lees meer over technologie en natuur op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe levende reclameborden werken
  • Wat zijn eco-plastics?
  • 5 groene mobiele apps

bronnen

  • BBC nieuws. "Muisbrein gesimuleerd op computer." 27 april 2007. (10 april, 2009) http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/6600965.stm
  • butler, Rhet. "Biomimetica, technologie die de natuur nabootst." Mongabay.com. 11 juli 2005. (8 april, 2009) http://news.mongabay.com/2005/0711-rhett_butler.html
  • Garcia, M.A. Porta et al. "Optimale padplanning voor autonome mobiele robotnavigatie met behulp van optimalisatie van mierenkolonies en een fuzzy cost-functie-evaluatie." Analyse en ontwerp van intelligente systemen met behulp van Soft Computing-technieken. Springer Berlijn/Heidelberg. Vol. 41, 2007.
  • Heuvel, Debora. "Het nabootsen van vinnen van bultruggen kan het ontwerp van de vliegtuigvleugel verbeteren." Bio-geneeskunde. 11 mei 2004. (9 april 2009) http://news.bio-medicine.org/biology-news-2/Mimicking-humpback-whale-flippers-may-improve-airplane-wing-design-1527-3/
  • Ju, Anna. "Natuur-geïnspireerde technologie creëert gemanipuleerde antilichamen om specifieke ziekten te bestrijden." Fysio. 25 maart, 2009. (8 april, 2009) http://www.physorg.com/news157222416.html
  • Keim, Brandon. "Computerprogramma ontdekt zelf-wetten van de fysica." Bedrade. 2 april, 2009. (10 april, 2009) http://blog.wired.com/wiredscience/2009/04/newtonai.html
  • Ridder, Zullen. "Gekkotape plakt je aan het plafond." NieuwWetenschapper. Juni 2003. (10 april, 2009) http://www.newscientist.com/article/dn3785
  • Moller, Ralf et al. "Modelleren van mierennavigatie met een autonome agent." Proceedings van de vijfde internationale conferentie over simulatie van adaptief gedrag op Van dieren tot dieren. Universiteit van Zürich, Zwitserland. 1998. blz. 185 - 194.
  • Stephens, Thomas. "Hoe een Zwitserse uitvinding de wereld in de ban hield." Swissinfo.ch. 4 januari 2007. (9 april 2009) http://www.swissinfo.org/eng/search/detail/How_a_Swiss_invention_hooked _the_world.html?siteSect=881&sid=7402384

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Kun je iets horen dat geen geluid maakt?
  2. Plant: definitie, evolutie, taxonomie
  3. Wat is histonacetylatie?
  4. De gemiddelde levensduur van skeletspiercellen
  5. Functies van menselijke organen
  6. Hoe te differentiëren tussen mitose en cytokinese
  7. Wat zijn wierook en mirre?
  8. Is het Ida-fossiel de ontbrekende schakel?
  9. Volledig diagram van het menselijk lichaam

Wetenschap