10 Utrolige fremskritt i biomimikk

Biomimetikk er vitenskapen om å se på naturen for å få svar på våre teknologiske problemer. Du bruker biomimetiske teknologier hver eneste dag. Velcro ble for eksempel oppfunnet etter at George de Mestral la merke til hvordan burrs brukte små kroker til å holde fast i hundens pels. Og mens borrelås er for vanlig til å blåse noens sinn, har vi i de senere år brukt nøyaktig samme prosess for å bygge teknologier som ikke er noe utrolig.

10 UltraCane

I naturen er ultralyd mest berømt brukt av flaggermus for å finne byttedyr. Vitenskapen bak den er ganske enkel: Du skyter ut en lydbølge og registrerer hvor lang tid det tar for ekkoet å komme tilbake etter å ha hoppet av noe. Hvis du vet hvor fort den soniske bølgen er på reise, kan du måle hvor langt unna hindringen er. Flaggermus gjør det naturlig Mennesker gjør det ikke.

Så forskere ved University of Leeds i Storbritannia så på flaggermus for inspirasjon for å bygge en ultralydsrør for blinde mennesker. Ideen var enkel nok, men det de ikke forutså, var hvordan menneskers hjerne ble så mottakelig for den nye forstanden. Røret virker ved å sende ut ultrasoniske signaler, måle responstid for ekkoene, og konvertere dataene til vibrasjoner i håndtaket av stokken. Når et objekt kommer nærmere, blir vibrasjonene sterkere.

Når røret ble testet, fant de at hjernene til testpersonene lett aksepterte inngangen og begynte å bygge en ny type romlig bevissthet basert utelukkende på vibrasjoner som kommer inn gjennom deres palmer. Over tid stoppet de bevisst følelsen av vibrasjonene og bygde et øyeblikkelig mentalt kart over omgivelsene deres - deres sinn skar ut mellommannen til fordel for en mer effektiv tolkning av følelsen.

9 Swarm Robotics

Harvard er ikke den eneste forskningsorganisasjonens hensikt å gi roboter muligheten til å kommunisere og lære av hverandre. New Jersey Institute of Technology utvikler også en svømming av roboter med en bikupersonlighet, og de har allerede lyktes. Modellert etter myrns koloniadferd, er en robot i stand til å plukke opp de andre robotternes avgjørelser og følge deres oppførsel uten programmering.

Robotene selv ser ikke ut som myrer - mer som futuristiske isbiter - men hver har to lyssensorer som fungerer som en antes antenne som plukker opp en feromonspor. Individuelt dumme kan robotene bare bevege seg frem og føle lys. Hver robot ble spåket av en projektor som forlot lyspunkter langs veien, som en spor av brødkrummer, og hver gang en robot snublet over en annen robots vei ble lysene lysere.

Ved begynnelsen av forsøket flyttet alle roboter tilfeldig og kaotisk. På slutten kom de sammen til et tog etter en enkelt sti. Som myrer gjør de ikke et "valg" når de gjør noe annet; det er alt basert på et kjerneprogram som forteller dem å følge et bestemt signal. Med maur er signalet en feromonespor igjen av andre maur. Med swarm roboter, er det lett.

8 Selvrensende maling

Ikke alle fremskritt i biomimikk har å gjøre med roboter. Faktisk gjør flertallet ikke; Roboter er bare mer interessante å snakke om. Når det er sagt, er en av de mest interessante biomimetiske oppfinnelsene de siste årene en maling som er modellert etter blomstene fra lotusblomsten.

Lotusblader kan se jevnt ut, men på mikroskopisk nivå dekkes i millioner av små pigger. Spikene avverter smuss og vann ved å minimere overflaten av bladvannet bare ruller av fordi det ikke er nok kontakt til å bygge en attraksjon. Med det som en modell, utviklet et tysk firma en maling som bruker en kompleks mikrostruktur på utsiden for å hindre at ting stikker til malingen. Under et mikroskop ser den tørkede maling ut som et surrealistisk landskap dekket av skulpturer.

Smuss partikler kan fortsatt bli fanget på fremspringene, men det minste sprutet av vann vil løsne dem. Malingen er med andre ord egentlig selvrensende. Og som lotusblader glir vannet seg selv rett bort. NASA bruker også Lotus-ideen til å bygge et belegg for mellomrom og rovers for å hindre at bakterier går i rommet.

7 flersidige kameraer

Hvis du hadde et mikroskop, mye tid og en lat fly, kunne du telle alle de enkelte fasetter i et husflyt. Det er omtrent 28.000-hver med sin egen linse og lysfølsomme nerve. Sammensatte øyne er en av naturens vidunder: De lar insekter se opp til 180 grader rundt dem og gir en dybdefølelse som mennesker bare kan drømme om.

Ved hjelp av den ideen bygde forskere ved Universitetet i Illinois et flersidig kamera som består av 180 linser, som hver er koblet til en individuell fotodetektor. Arrangementet ble bygget på en fleksibel gummimatte som deretter ble buet inn i en halvkuleform. Inngangen fra alle linsene er kombinert til et enkelt bilde, så du ser på et vanlig bilde i motsetning til, for eksempel en bank av skjermer. Og hele ting-linser og elektronikk inkludert-er bare en centimeter (0,4 in) i diameter.

Lagets mål er å bruke kameraene for luftovervåkning på robotdroner. Men selv et stasjonært kamera vil være en enorm forbedring i forhold til nåværende kameraer. Sett to av disse "bug-øynene" tilbake og tilbake, og du har en 360 graders utsikt. For tiden jobber de på en ny modell som dobler antall linser.

6 Shark Skin Coatings

Da Michael Phelps vant seks gullmedaljer i OL i 2004, hadde han på seg en badedrakt med navnet Speedskin, utviklet av Speedo. Fastskin er dekket av små humper som etterligner huden på en hai. Selv om badedrakterne har blitt banned samtidig og erklært ineffektive, er ideen om å bruke haihud som modell for høyteknologiske materialer langt fra død.

En hai hud er dekket av et lag med overlappende stykker kalt denticles. De ser ut som mikroskopiske tenner og peker mot bakken av haien. Når en hai svømmer, danner de fremre kantene av denticles mikrovorter som i hovedsak trekker haien fremover, slik at den kan svømme raskere. Og på grunn av måten de bøyer, kan andre organismer som alger og barnakler ikke gripe inn på den. Det er derfor hval er ofte funnet encrusted med barnacles, men haier er aldri.

Den amerikanske marinen forsker på søknader om bruk av hai-hudinspirerte belegg på utsiden av ubåter, noe som både ville gjøre dem raskere og forhindre blåskjell og barnacles fra å pile opp på skrogene. Opprydningen er $ 50 millioner per år jobb. Sykehus kommer også inn på spillet: Et materiale som kalles Sharklet, brukes allerede på dørhåndtak på Californias sykehus for å stoppe patogener som E. coli fra å danne kolonier. Den beste delen er, siden det ikke er en kjemisk repellant, er det ingen måte for bakterier å bygge motstand.

5 SCRATCHBot

Søket etter nye måter å oppleve verden på har alltid vært forankret i dyreverdenen. Ved å bygge en robot som ser ut og virker som en rotte, har forskerne ved Sheffield University dratt inn i et middel til å føle at mennesker aldri vil oppleve: whiskers. Koblet SCRATCHBot, robotens eneste formål er å fungere som et kjøretøy for state-of-the-art syntetiske whiskers - og en hjerne som kan tolke dataene og sette den i bruk.

Siden rotter er for det meste nattlige, bruker de ofte sine whiskers å navigere mer enn deres syn. Ved å gjenskape et sett med funksjonelle whiskers brukte forskerne glassfiberstenger som inneholdt Hall-effektfølere (sensorer som måler forskjeller i spenning basert på strøm og magnetfelt). Små magneter i whiskers gir magnetfeltet, og når whiskers børster mot noe, fanger sensorene spenningsendringen fra magnetens bevegelse. Dette gjør at SCRATCHBot kan "se" gjenstander gjennom whiskers.

Rottens "hjerne" er en PC-basert nevrale modell som mottar informasjon fra whiskers, behandler den, og sender en kommando til beina (sving til venstre, sving til høyre, etc.). Hele designet er basert på en utrolig dum rotte. Den har ingen høy cortex, men kan fortsatt bruke grunnleggende motorfunksjoner.

4 organiske solceller

Fargefølsomme solceller er en type solcelle som bruker en spesiell form for fargestoff for å fange solenergi. Når sollyset rammer fargen, reagerer molekylene og produserer elektrisitet. Disse solceller er billigere enn deres silikonekvivalenter, men de har ett problem: Fargestoffet har en tendens til å bryte ned etter kort tid, og gir deg i utgangspunktet en ubrukelig firkant av plast.

Men fargemekanismen er ikke mye forskjellig fra det du finner i naturlig fotosyntese når en plante omdanner sollys til energi. Så begynte forskere ved North Carolina State University å se på krukplanter for å se hva som gjorde dem forskjellige. Resultatet var en solcelle med et indre vaskulært system som sykler fargestoff gjennom et forgrenet nettverk av vener. Når fargestoffet nedbrytes til det punktet at det ikke lenger produserer strøm, blir det syklet ut og erstattet med en frisk strøm av fargestoff, som en plante som leverer næringsstoffer til bladene.

3 T8 SpiderBot

Hvis edderkopper er de stoffene som mareritt er født, er T8-oktopodroboten et mareritt med en prislapp. Robotikere har prøvd i årevis for å etterligne en edderkopps arkitektur. Med åtte ben, får du et uovertruffen nivå av stabilitet, som er perfekt for søk-og-redningsroboter i katastrofeområder. Og mens vi har hatt andre versjoner av spiderlike roboter, har det alltid vært vanskelig å designe en med nok intern kontroll for at alle åtte benene kan bevege seg sammen, samtidig som de beholder evnen til å bevege seg separat når det trengs.

T8 Octopod Robot bruker en unik bevegelsesmotor designet spesielt for å overvinne den hindringen. Det er fjernstyrt, og med en enkel kommando vil ombordprosessoren beregne benbane, motorstyring og inverse kinematikk for å koordinere sine 26 individuelle motorer. Resultatet er nesten også liv som.

2 selvhelbredende kretser

Integrerte kretsbrikker brukes i praktisk talt alle elektroniske enheter opprettet i dag, og til tross for deres små størrelse har de fleste sjetonger millioner av transistorer spredt over en overflate som ikke er bredere enn spikhodet. Hvis et lite stykke pause, blir hele tingen ubrukelig. Men hva om din mobiltelefon eller din datamaskin kan reparere seg selv som et immunsystem som bekjemper en infeksjon? Det kan være en veldig reell mulighet i nær fremtid.

Ingeniører fra California Institute of Technology har skapt det de kaller "uforgjengelige kretser." For å demonstrere, stakk de en under et mikroskop, smeltet det med en laser og så på at det var en måte å fortsette å jobbe med. Sjetongene er mikroskopiske; Det ville ta om lag 75 å dekke ansiktet på en krone. I tillegg til alle kretsene som trengs for chipets hovedformål, inneholder hver brikke også en rekke sensorer og en sentral prosessor ombord som oppdager skade og viser ut den mest effektive måten å få alt tilbake opp og tilbake igjen.

De har testet dusinvis med sjetonger utstyrt med selvhelbredende evnen, og uansett hvilken del av brikken som er ødelagt, finner den alltid en måte å omdirigere kretsens prosesser på mindre enn et sekund. Og det er ikke forhåndsprogrammert for noen spesielle trusler, som kroppens immunsystem, det vurderer skaden på egenhånd og viser hvilke handlinger den må ta. Det eneste som gjenstår for oss å gjøre, er å finne John Connor.

1 Parasittisk hudgraft

Det er en parasitt som heter Pomphorhynchus laevis som bruker pigger i hodet for å rive et hull i et dyrs tarme, hvorpå det skyver hodet inni og oppblåser kroppen for å holde seg på plass. Det er denne usannsynlige monstrosity som har inspirert medisinske forskere til å utvikle en ny type hudtransplantat. Hudtransplantater er flekker av hud som transplanteres fra en del av kroppen til en annen, vanligvis for å dekke en alvorlig brenning.

Hittil ble hudtransplantater vanligvis holdt på plass med stifter, som har stor infeksjonsrisiko. Denne nye biomimetiske hudtransplantatet, derimot, kopierer nesten alt fra den mest skremmende parasitten du sannsynligvis vil lese om i dag. Graften har en klynge av mikronedler som svulmer når de er utsatt for vann. Nålene går ganske lett inn i huden, og en gang inne, puffer de ut som en ballong for å holde graftet på plass. En annen fordel over stifter, som faktisk ender opp med å rive vevet rundt dem, er at micronedles trykk vev til siden, i stedet for å skade det.