Det første du legger merke til om entomologisamlingsavdelingen, Lepidoptera-avdelingen, ved Smithsonians naturhistoriske museum, er en svak, unnvikende kjent lukt. Møllkuler. Jeg overveide kort den kosmiske ironien fra møllkuler i et rom fullt av møll (og sommerfugler, en avstamning av møll utviklet seg til å fly om dagen) før jeg vendte meg til Bob Robbins, en forskningsentomolog. "Det er mange insekter som vil spise tørkede insekter, " sa han, "så tradisjonelt har du holdt skadedyrene ute ved å bruke naftalen eller møllkuler."
Fra denne historien
[×] STENGT
Forskere mener de iriserende vingene til morfosfuglen kan brukes i teknologi til fordel for mennesker
Video: Hvordan Butterfly Wings Inspire Innovation
Relatert innhold
- Dette Conch-Shell-inspirerte materialet kan gjøre hjelmer og kropps rustning tryggere
- Flydesign inspirert av naturen og aktivert av Tech
- Forskere oppretter en ormlignende robot som kan tomme langs bakken
- Når dyr inspirerer til oppfinnelser
- Hvordan naturen gjør oss smartere
Møllkulene er blitt faset ut (til fordel for å fryse nye prøver for å drepe eventuelle skadedyr), men den dvelende lukten, så vel som de uendelige skuffene med insekter som er festet under glass og forsiktig arrayert etter rad med stålskap for taksonomisk ettertiden, bare øker alderssansen i det hysjede kammeret. Tiden ser ut til å stå like stille som millioner av eksemplarer.
Men porer gjennom disse skuffene, gjennom de nøyaktig fordelt skvadronene med sluktapper og solnedgangsmøller, og en annen idé begynner å danne seg: Dette er ikke et sovende depot, men et laboratorium som undersøker en usedvanlig vellykket bedrift. I løpet av rundt 150 millioner år er disse “produktene” nådeløst prototype, markedstestet, oppgradert, foredlet og ellers gjort nye og forbedrede etter hvert som verden rundt dem forandret seg. Hvert av disse skjøre eksemplene er en pakke med innovasjon som venter på å bli forstått og tilpasset.
Dette er ideen bak den stadig mer innflytelsesrike disiplinen til biomimikk: at vi mennesker, som har prøvd å gjøre ting for bare et blunk av et evolusjonært øye, har mye å lære av de lange prosessene med naturlig seleksjon, enten det er hvordan gjøre en vinge mer aerodynamisk eller en by mer spenstig eller en elektronisk skjerm mer levende. For mer enn ti år siden dabbet en MIT-grad ved navn Mark Miles innen mikroelektromekanisk og materialforedling. Da han bla gjennom et vitenskapsblad, ble han stoppet av en artikkel om hvordan sommerfugler genererer farger i vingene. Det strålende iriserende blått av de forskjellige Morpho-artene kommer for eksempel ikke fra pigment, men fra "strukturell farge." Disse vingene har en nanoskala-samling av helvetes plater, hvis form og avstand fra hverandre er anordnet i et presist mønster som forstyrrer reflekterende lysbølgelengder for å produsere det strålende blå. Å lage det samme blå ut av pigment ville kreve mye mer energi — energi bedre brukt til å fly, mate og reprodusere.
Miles lurte på om denne evnen kunne utnyttes på noen måte. Hvor ellers kan du ønske deg utrolig levende farger i en tynn pakke? Selvfølgelig: i en skjerm for elektronisk enhet. Qualcomm, som kjøpte selskapet Miles hadde dannet for å utvikle teknologien, brukte den på Mirasol-skjermen. "Vi utnytter fenomenene optisk interferens, " sier Brian Gally, seniordirektør for produktstyring i Qualcomm. Lurer under glassoverflaten er et stort utvalg av interferometriske modulatorer, hovedsakelig mikroskopiske (10 til 50 mikron kvadratiske) speil som beveger seg opp og ned, i mikrosekunder, for å skape riktig farge.
Som sommerfuglens vinger, “viser skjermen det hvite omgivelseslyset rundt oss, hvitt lys eller sollys, og gjennom forstyrrelser vil vi sende oss et fargebilde tilbake, ” sier Gally. I motsetning til vanlige LCD-skjermer, trenger ikke Mirasol å generere sitt eget lys. “Skjermens lysstyrke skaleres bare automatisk med omgivende lys.” Som et resultat bruker Mirasol en tidel av strømmen til en LCD-leser. Qualcomm brukte skjermen i en e-leser og tilbyr det for lisens til andre selskaper.
Selv om biomimikk har inspirert menneskelige nyvinninger i flere tiår - et av de mest siterte eksemplene er borrelås, som den sveitsiske ingeniøren Georges de Mestral patenterte i 1955 etter å ha studert hvordan burs klistret seg til klærne - bedre teknologi og mer nyansert forskning har muliggjort stadig mer komplekse tilpasninger . Designprogramvare laget av den tyske forskeren Claus Mattheck - og brukt i Opel og Mercedes-biler - gjenspeiler måter trær og bein fordeler styrke og belastning. En vifte skapt av Pax Scientific låner fra mønstrene av virvlende tang, nautilus og hvalker for å bevege luft mer effektivt. Et saltvann irrigert drivhus i Qatari-ørkenen vil bruke kondensasjons- og fordampningstriks hentet fra nesen til en kamel. Nå, delvis takket være kontinuerlige innovasjoner innen nanoskalafremstilling, bringer produsentene et utvidet utvalg av produkter på markedet.
Biomimicry er ikke i seg selv et produkt, men en prosess, som bruker naturlige organismer og prosesser for å vekke innovasjon. Organisasjoner og til og med byer kan se på økosystemer for inspirasjon, sier Tim McGee, en biolog og medlem av Biomimicry 3.8, et Montana-basert konsulentfirma. I Lavasa - beskrevet som "Indias første planlagte åsby" av utviklerne, som håper å til slutt bygge hjem for mer enn 300 000 mennesker der - konsulterte lauget med landskapsarkitekter. Dermed inkluderte plantestrategien løvtrær, og dannet en kalesje for å fange og reflekterte deretter gjennom fordamping nesten en tredjedel av monsunregnet som treffer den. Den effekten fungerer "som en motor som driver monsunen innover i landet, " sier McGee, som hjelper til å forhindre tørke der. Den hydrodynamisk effektive formen på banyan-treblader påvirket utformingen av en bedre vannsendende takshingel, mens vanntilførselssystemer ble inspirert av måtene høstmyrene dirigerer vann bort fra reirene sine. Den første Lavasa-byen er ferdigstilt, med fire flere anslått å følge innen 2020.
Alle snakker om måter å redusere det menneskelige fotavtrykket eller få til "netto null" -påvirkning. Men naturen, sier McGee, går vanligvis et skritt videre: "Det er nesten aldri netto null - produksjonen fra det systemet er vanligvis gunstig for alt rundt det." Hva om vi kunne bygge byene våre på samme måte? "Hva om, i New York City, når det regnet, vannet som gikk ned i East River var renere enn da det falt?" Og hva om, når skoger tok fyr, kunne flammene slukkes med midler som ikke var avhengige på giftige stoffer? "Naturen skaper flammehemmere som er ikke-giftige, " bemerker McGee. "Hvorfor kan vi ikke?"
I mange år har forskere fokusert på kjemien til flammehemmere, uten resultater. Men kanskje naturlige prosesser kan tilby en vei til innovasjon i laboratoriet, sier McGee. Kanskje er det slik at furukegler åpner seg i møte med varmen (for å tillate reproduksjon selv om ild ødelegger skogen), eller måten eukalyptustrær kaster spredte biter av hurtigbrenende bark for å suge opp oksygen og ta fyr bort fra hoved stamme. Jaime Grunlan, maskiningeniør hos Texas A&M, har utviklet et brannsikkert stoff som bruker kitosan, et fornybart materiale hentet fra hummer og rekeskall (og en kjemisk slektning av kitin i sommerfuglens vinger), for å lage et polymerbelegg av nanolayer som produserer et karbon "skall" som beskytter stoffet når det utsettes for varme.
Lepidoptera er et uttrykk for noen av problemene som er blitt hamret ut på naturens arbeidsbenk gjennom mange årtusener. I den evolusjonære samtalen og responsen mellom byttedyr og rovdyr har mange møll utviklet evnen til å oppdage ultralydklikk på flaggermus, og noen kan til og med sende forvirrende motsignaler. Sommerfuglvinger har en tendens til å være svarte nærmere kroppene sine, for å bidra til å fange opp varmen. Disse vingene er dekket med et forurensningsresistent belegg - de selvrensende. De ornamentale “øynene” på disse vingene, ment å skremme rovdyr, er ofte plassert nær kanten for å minimere vingeskadene hvis sommerfuglen er bitt.
Og så er det fargen - det vi tenker på når vi tenker på sommerfugler. "Folk kaller dem flygende blomster, " sier Robbins. Mens noen bruker farger for kamuflasje, går de mest livlige artene den andre veien, og reklamerer for deres toksisitet til ville være rovdyr i en glorete skjerm. Forfatteren David Quammen døper dem “naturens verden”, et “evolusjonseksperiment i ren dekorativt overskudd.” Som helhet, skriver Quammen, sommerfugler “et ideal om sødme og mild nåde som virker nesten uskyldig av hele den nådeløse evolusjonsfrie -for-all. ”Og det er et vell av inspirasjon som venter på å ta fly på de sladdervingene.
Forskere ved Shanghai Jiao Tong University, inspirert av fugleving sommerfugler - det svarte området av vingene deres gjør det mulig for nesten total lysabsorpsjon, for å fange varme - skaper en strukturelt lignende supersvart amorf karbonfilm for å bidra til å skape mer effektiv solteknologi. Et prosjekt kalt NOtES, som vokste ut av forskning ved Simon Fraser University i British Columbia, bruker nanoskala lysforstyrrende strukturer for å lage et anti-forfalskningsstempel som er vanskeligere å sprekke enn et hologram og kan "trykkes" ikke bare på banken notater, men på en hel rekke andre objekter. RFID-tagger for radiofrekvens, som brukes til alt fra sporing av inventar til å føle ytelsen til ens dekk, har en tendens til å ikke fungere bra i ekstreme miljøer, spesielt der det er vann eller metall. Og slik at et selskap ved navn Omni-ID tilpasset interferensprinsippet for å lage en mer pålitelig RFID ved å bruke bittesmå metallskalaer i kodene for å forbedre overføringen av radiosignaler.
Gitt at Morpho bruker farge for å tiltrekke seg oppmerksomhet, virker det som passende at sommerfuglen også har inspirert menneskemote. Donna Sgro, en motedesigner i Sydney, Australia, og den selvbeskrevne “sporadiske lepidopteristen”, laget tre kjoler fra et stoff som heter Morphotex, et pigmentfritt, iriserende blått materiale som trekker fargen fra optisk forstyrrelse. Sgro sier at mens Morphotex eliminerer behovet for fargestoffer (og dermed potensielt bærer et mindre miljøavtrykk), var interessen hennes mer enn den vanlige "problemløsnings-type designtilnærmingen" som biomimister pleier å følge. Mote handler tross alt om mer enn det grunnleggende behovet for klær. Hvordan kan måten naturen bruker estetikk på informere måten vi gjør? Sgro studerer nå en doktorgrad i biomimikk og mote ved Royal Institute of Fashion i Melbourne.
Robbins og jeg forlot Natural History Museums samlingssenter og dro til den nærliggende Butterfly Pavilion, og det var som en lepidopterøs kjærlighetsfest. En kvinne vinklet smarttelefonen sin for å fotografere en monark som mater av en blomst. En japansk turist utbrøt da en Gulf Fritillary landet på skuldervesken hennes. Et barn skrek mens Morpho-peleider langsomt viftet med de iriserende blå vingene. Det er ikke lett å forestille seg at denne scenen oppstår med noe annet insekt; rettferdig eller ikke, vi besøker ikke grub eller maur paviljonger.
Jeg spurte om den særegne appellen til disse insektene. "De svir ikke, de biter ikke, " sa han. “De som folk ser er generelt pene. Noen av dem er skadelige i landbruket, men de er ganske vennlige karer, og de er kjempe mye penere enn de fleste andre insekter. ”Hvis jeg bare trodde, kunne folk nå vite hvor nyttig all den skjønnheten kan være.
