英国の建築家マイケル・ポーリンは自然を「製品のカタログ」と考えており、そのすべてがTEDトークで「38億年間の研究開発期間の恩恵を受けています」と説明しています。
「そのレベルの投資を考えると、それを使うのは理にかなっています」と続けます。
新しいテクノロジーは、最初はほとんど異世界のように感じることがありますが、イノベーションの未来には、研究者が私たちの周りの自然界をよりよく理解することが含まれます。 そして、発明者たちは、ますますバイオミミクリを受け入れるか、または進化の微調整後に動植物が機能するように製品を設計するプロセスに注目しています。 カマキリのエビからミツバチのつばきまで、エンジニアはインスピレーションに関しては石を裏返さないようにしています。
いつか新しい発明につながるかもしれない、自然界での最近の5つの発見を以下に示します。
カマキリのエビは、耐衝撃性の微細構造で作られた非常に丈夫な装甲を持っています。
カマキリのエビは、自分の種類であっても、戦いから後退しない元気な小悪魔です。 驚くべきことに、2匹のカマキリエビはそれを追い出し、その後無傷のままにすることができます。 それは、タフな小さな戦闘機が背中を超強力な鎧で覆われているためです。 テルソンと呼ばれる鎧は、甲殻類の尾をカスケードするときに重なるように見え、シールドのように見えます。
カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者は、これらのテルソンの構造と力学を研究し、それらの靭性の鍵は各シールドの下にあるらせん状の足場であるとわかった。 ジャーナルAdvanced Functional Materialsの最近の研究で、エンジニアと彼らの同僚は、らせん構造が亀裂の成長を防ぎ、激しい打撃の影響を和らげることを説明しています。 同様にねじれた構造がエビの爪に存在することが知られており、その領土に対するあらゆる脅威に打撃を与えるために使用されます。 エビは明らかに完璧な鎧を進化させました。
いつか、この種の耐衝撃性の微細構造が見られるかもしれません。2016年に研究者たちがスポーツ用具、警察および軍用防具、ドローン、風力タービンブレード、航空宇宙材料、自動車、軍用車両、飛行機、ヘリコプター、自転車と船舶。 基本的に、カリフォルニア大学リバーサイド校の化学および環境工学の教授であり研究の著者であるデビッド・キサイラスは、 スミソニアン誌へのメールで次のように説明しています。「重量を減らすことは重要ですが、タフネスと強度が必要です。」
Kisailusは、短期的には、この発見がスポーツ用品に最大の影響を与えると考えています。ヘルメットやすねガードなどの製品の市場投入までの時間が商用飛行機のようなものよりも短いためです。 研究者は、建設用とサッカー用のプロトタイプヘルメットを作成しました。 しかし、キサイラスは、「長期的には、重量が減り、強度が増すと燃料消費と排出量が減るので、より大きな、よりグローバルな影響が輸送にもたらされると思います」と付け加えます。
タンポポの種は、新たに発見された自然飛行の形を明らかにします。
タンポポの研究で、これまで見られなかった飛行の形態が明らかになりました。 （Cathal Cummins） タンポポの種が風になびいて漂い、地面に落ちてきらきらと輝く日光を捕まえる方法には、単純化できない美しさがあります。 しかし、研究者が昨年の秋に発見したように、繊細な毛のパラシュートが残した目に見えない道はさらに驚くべきものであり、それを研究することでドローンの飛行と大気汚染のモニタリングが本当にクールな進歩につながる可能性があります。
研究者たちは、種をそんなに楽に運ぶメカニズムが、煙突掃除人のほうきに似た象牙繊維の繊細な冠であることを知っていました。 タンポポの種の束の大部分が空のスペースで構成されていることを考えると、彼らはこのパラシュートのような毛羽がどのように機能するかを正確に知りませんでした。 そこで、エディンバラ大学の科学者たちは、風洞を作って種を試してみたところ、「新しい種類の流体挙動」を発見した、とニューヨークタイムズのジェームズ・ゴーマンは報告しています。 空気はフィラメントを通って流れ、空気の渦巻く跡、または分離された渦輪と呼ばれるものを後に残します。 リングは種子の抵抗を増やし、従来のパラシュートの4倍の効率の飛行を実現します。
Natureに発表された研究で発見を説明した研究者たちは、それがエンジニアが飛行にエネルギー消費をほとんどあるいはまったく必要としない小さな自己推進ドローンを発明することを刺激することを望んでいます。
「タンポポにヒントを得た人工毛の束を使用して、種子の代わりにカメラやセンサーのようなものを運んで空中に浮かせることができます」と、エジンバラ大学の生物学者で研究著者である中山直美は言います。 スミソニアンへのメール。 「たんぽぽと同じように、彼らは長い間浮かんでいることができ、空気の質、風向または速度、そしておそらく人間の活動を監視して記録することができます。
マコザメは、その柔軟なスケールのために迅速です。
これは、長さ約0.2ミリメートルのショートフィンマコサメの鱗の写真です。 スケールの最前列は、約50度の最大角度まで手動で剛毛化されています。 （南フロリダ大学のフィルモッタ） マコザメは異常に速いため、海のチーターと呼ばれることもあります。 彼らは時速70から80マイルに達することができます。 しかし、どのようにして彼らはとても速くなるのでしょうか？ 答えは、脇腹とひれの小さな鱗にあります。 しかし、アメリカ物理学会のプレスリリースによると、滑らかな肌が速度をどのように改善するかは、ボーイングと米陸軍からの資金提供で、空気抵抗を減らし航空機の機敏性を高めるために新しい材料を設計したいと考えている航空エンジニアにとって特に興味深いものです。
マコザメのフランクとフィンの柔軟な鱗は、長さわずか5分の1ミリです。 サメを猫のように頭から尻尾まで愛petした場合（ 編集者注：これはお勧めしません ）、その鱗は滑らかに感じられます。 しかし、反対方向に手を動かすと、皮膚は紙やすりのように感じられ、体重計は体の位置に応じて最大50度の角度まで後方に曲がり、エラの後ろに最も柔軟な体重計があります。 プレスリリースによると、はかりの柔軟性により、流れが皮膚の近くまで前進し続け、いわゆる「流れの剥離」が防止されます。
流れの剥離は、航空機に関しても敵のナンバーワンです。 手のひらを風に向けて、移動中の車の窓から手を差し出すと、この概念が簡単に実証されます。 手のひらは手の甲よりも大きな圧力を受けているため、手は後ろに押し出されます。 これは、空気の流れが手の両側で分かれて低圧領域を形成するか、手の後ろで起きるためです。 ただし、サメのようなより合理化されたボディでは、流れの分離が依然として発生します。 それがスケールの出番です。それらは流れを制御するのに役立ち、それにより抵抗を減らし、動物をより速く、より大きな操縦性で泳がせます。
「ある時点で、ヘリコプターのローターブレード、翼、または流れの剥離が発生し、抗力の増加または性能の低下を引き起こす胴体の特定の場所など、航空機の表面に戦略的に適用できるテープを設計できると推測します。アラバマ大学の航空技術者で、ボストンで開催された米国物理学会3月の会議でスミソニアン宛にメールで発表したAmy Lang氏は言います。
ラングは2014年に、「サメの皮がどのように機能し、それを人工表面にどのように適用できるかについての初期の概念に基づいている」と述べた特許を取得しました。彼女と彼女のチームは、マコザメの皮と希望の3Dプリントモデルを作成しています来年内に風と水トンネルでそれらをテストしてより多くの結果を得るために。 「私たちは、人工表面が実際の用途向けに開発されているため、業界とのコラボレーションで最新の特許を申請することを望んでいます」と彼女は付け加えます。
ミツバチは唾と花油を組み合わせて接着剤を作ります。
ミツバチは花から花へと飛んで花粉を集め、それを体に保管して巣箱に戻します。 しかし、突然の夏のにわか雨が邪魔をしたらどうなるでしょうか？ ミツバチにはそのための解決策があります。花の唾液と花の油の粘着性のあるスラリーが花粉を耐水性ペレットに変えます。 このネバネバした組み合わせの背後にある科学は、必要なときに粘着するだけでなく、必要に応じて解放するハイテク接着剤を刺激することさえあります。
ジョージア工科大学のエンジニアであり、筆頭著者のカーソン・メレディスは、次のように語っています。この研究は、3月のNature Communicationsのプレスリリースに掲載されました。
それは基本的に次のように機能します：蜂の唾は、彼らが飲む蜜のために、最初は少し粘着性があります。 ミツバチが花粉を集めると、そのつばは花粉を覆う。 それから花からの油は、ぴりっとする花粉球を覆います。 このレイヤー技術は、予想外の湿度を寄せ付けない完璧な調合です。
「それはシロップのプールを覆う食用油の層と同様に機能します」とメレディスはリリースで述べました。 「オイルはシロップを空気から分離し、乾燥をかなり遅くします。」
速度も重要な要素のようです。 プレスリリースによると、これはいわゆる「速度に敏感な応答」、つまり「除去しようとする力が速ければ速いほど抵抗する」ということになります。 そのため、ミツバチが花粉球を除去するために後足で調整されたゆっくりとした動きを使用すると、簡単に脱落します。 しかし、自由落下する雨滴がボールの1つと衝突すると、より強く付着します。
このような接着剤の用途は大きく異なります。 Meredithは、 スミソニアン誌への電子メールで、生体にヒントを得た接着剤は、強度が最優先事項ではないが、「接着力を調整、調整可能、刺激に反応する、または食用性、生体適合性、または耐湿性。」
彼は医療と化粧品会社の両方で働いています。 （頑固な防水化粧を取り除いたことに気付いた方は、解決策の必要性を理解してください。）「これらの分野では、特定の状況下で表面を保持できる接着力が必要な場合があります。特定の条件（レート、力、湿度）を超えています」と彼は説明します。 「これには、メイクアップの適用や体内の特定の組織への薬物の送達など、ある場所から別の場所に小さな粒子を移動する機能が含まれます。」
それだけではありません：それらの花粉ペレットは自然に食用なので、おそらく「ケーキやデザートの装飾品、または味、栄養素、防腐剤、色などのための食品添加物を含む粒子の付着」に使用できます。 」とメレディスは説明します。
猫は舌の上に中空の乳頭があるため、毛づくろいの専門家です。
（Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images） 猫は自分自身をなめるのにかなりの時間を費やします。 舌はグルーミング効率のピークに向かって進化しており、実際にヘアブラシを改良したり、ソフトロボット工学や新しい種類のクリーニング技術の進歩を促したりするのに役立つ可能性があります。
猫の古典的な紙やすりのような舌は、ケラチンまたは指の爪の同じ硬いものでできている乳頭と呼ばれる斜めのスパイクで覆われています。 それは、ジョージア工科大学の研究者が、猫の毛皮全体に水分を非常に簡単に分配する方法を正確に調べるために研究することに興味を持っている舌の一部です。
乳頭は実際にはとがっていない、または過去の研究で主張されているような円錐形ではありません。 むしろ、ジョージア工科大学のエンジニアが全米科学アカデミー論文集の研究で述べているように、彼らは2つの中空の端を持つスクープ型です。 この形状は表面張力を作り出し、クリーニングの時間になるまで唾液の滴を閉じ込めます。 そして、それらの舌は多くの液体を保持することができます。 チームが猫の舌（死後の寄付）をテストにかけると、各乳頭は約4.1マイクロリットルの水を保持できますが、舌全体で動物の毛皮を介して水の1/5を分配するのに十分であることがわかりました。 National Geographicによると、1日。
乳頭はまた、4つの異なる方向から結び目を攻撃します。効率的なもつれの解消に最適です。 研究者たちは、猫の舌の3Dモデルを使用して、舌触発グルーミング（TIGR）ブラシを作成しました。 彼らは、ブラシの特許を申請しました。これは、アレルゲンを減らすために、薬を塗るか、ペットの毛にリーブインシャンプーとコンディショナーを配布するために使用できます。
そして、チームは他のアプリケーションを想定しています。 ジョージア工科大学の研究エンジニアであり研究著者であるアレクシス・ノエルは、次のように述べています。「ユニークな脊椎形状は、グリップを助けるためにソフトロボットに実装できます。 、メールで。 さらに、マスカラを適用する新しい方法があるかもしれない、と彼女は付け加えます。
