Den første ting, du bemærker om entomologisamling afdelingen, Lepidoptera-divisionen, på Smithsonian's Museum of Natural History, er en svag, undvigende velkendt lugt. Mølkugler. Jeg overvejede kort den kosmiske ironi af møllekugler i et rum fuld af møll (og sommerfugle, en afstamning af møl udviklede sig til at flyve i løbet af dagen) før jeg vendte mig til Bob Robbins, en forskningsentomolog. "Der er mange insekter, der vil spise tørrede insekter, " sagde han, "så traditionelt holdt du disse skadedyr ude ved hjælp af naphthalen eller møllekugler."
Fra denne historie
[×] LUKKET
Forskere mener, at de iriserende vinger af morfos sommerfuglen kunne bruges i teknologi til gavn for mennesker
Video: Hvordan Butterfly Wings inspirerer til innovation
Relateret indhold
- Dette Conch-Shell-inspirerede materiale kan gøre hjelme og kropsrustning sikrere
- Flydesign inspireret af naturen og aktiveret af Tech
- Forskere skaber ormlignende robot, der kan gå langs jorden
- Når dyr inspirerer opfindelser
- Hvordan naturen gør os smartere
Mothballs er udfaset (til fordel for frysning af nye prøver for at dræbe eventuelle skadedyr), men den dvælende lugt såvel som de uendelige skuffer af insekter, der er bundet under glas og omhyggeligt opstillet i række efter række stålskabe til taxonomisk eftertiden, kun øger aldersfølelsen i det skubbede kammer. Tiden ser ud til at stå så stille som de millioner eksemplarer.
Men porer gennem disse skuffer, gennem de nøjagtigt placerede skvadroner af svalehale og solnedgangsmøl, og en anden idé begynder at dannes: Dette er ikke et sovende depot, men et laboratorium, der undersøger en ekstraordinært vellykket virksomhed. I løbet af omkring 150 millioner år er disse "produkter" hensynsløst prototype, markedstestet, opgraderet, raffineret og ellers gjort nye og forbedrede, når verden omkring dem ændrede sig. Hver af disse skrøbelige prøver er en pakke med innovation, der venter på at blive forstået og tilpasset.
Dette er ideen bag den stadig mere indflydelsesrige disciplin inden for biomimik: at vi mennesker, der har forsøgt at gøre tingene kun for et blink fra et evolutionært øje, har meget at lære af de lange processer med naturlig udvælgelse, uanset om det er sådan gøre en vinge mere aerodynamisk eller en by mere elastisk eller en elektronisk skærm mere levende. For mere end et årti siden faldt en MIT-grad ved navn Mark Miles inden for mikroelektromekanisk og materialebehandling. Da han bladede gennem et videnskabsmagasin, blev han stoppet af en artikel om, hvordan sommerfugle genererer farve i deres vinger. Den strålende iriserende blå af de forskellige Morpho-arter kommer for eksempel ikke fra pigment, men fra "strukturel farve." Disse vinger har en nanoskala samling af helvedesiddende plader, hvis form og afstand fra hinanden er arrangeret i et præcist mønster, der forstyrrer reflekterende lysbølgelængder for at producere det strålende blå. At skabe den samme blå ud af pigment ville kræve meget mere energi - energi bedre brugt til flyvning, fodring og reproduktion.
Miles spekulerede på, om denne kapacitet kunne udnyttes på en eller anden måde. Hvor ellers kan du have en utrolig levende farve i en tynd pakke? Selvfølgelig: i en elektronisk enhedsdisplay. Qualcomm, der erhvervede virksomheden Miles havde dannet for at udvikle teknologien, brugte den i sin Mirasol-skærm. ”Vi udnytter fænomenerne optisk interferens, ” siger Brian Gally, senior direktør for produktstyring i Qualcomm. Lurer under glasoverfladen er et stort udvalg af interferometriske modulatorer, i det væsentlige mikroskopiske (10 til 50 mikron kvadratiske) spejle, der bevæger sig op og ned i mikrosekunder for at skabe den rigtige farve.
Ligesom sommerfuglens vinger, "viser skærmen det hvide omgivende lys omkring os, hvidt lys eller sollys, og gennem interferens vil vi sende et farvebillede tilbage, " siger Gally. I modsætning til traditionelle LCD-skærme behøver Mirasol ikke at generere sit eget lys. "Skærmens lysstyrke skaleres automatisk automatisk med omgivende lys." Som et resultat forbruger Mirasol en tiendedel af strømmen fra en LCD-læser. Qualcomm brugte skærmen i en e-læser og tilbyder det til licens til andre virksomheder.
Selvom biomimicry har inspireret menneskelige innovationer i årtier - et af de mest citerede eksempler er borrelås, som den schweiziske ingeniør Georges de Mestral patenterede i 1955 efter at have undersøgt hvordan burs klæbte sig fast i hans tøj - bedre teknologi og mere nuanceret forskning har muliggjort stadig mere komplekse tilpasninger . Designsoftware skabt af den tyske forsker Claus Mattheck - og brugt i Opel- og Mercedes-biler - afspejler måderne, træer og knogler fordeler styrke og belastninger på. En fan skabt af Pax Scientific låner fra mønstrene med hvirvlende tare, nautilus og hvalker for at flytte luft mere effektivt. Et saltvand-irrigeret drivhus i Qatari-ørkenen bruger kondensations- og fordampningstricks, der er samlet fra næsen af en kamel. Nu, delvis takket være de fortsatte innovationer inden for nanoskalafremstilling, bringer producenterne et voksende udvalg af produkter på markedet.
Biomimicry er ikke i sig selv et produkt, men en proces, der trækker på naturlige organismer og processer for at udløse innovation. Organisationer og endda byer kan se på økosystemer for inspiration, siger Tim McGee, en biolog og medlem af Biomimicry 3.8, et Montana-baseret konsulentfirma. I Lavasa - beskrevet som ”Indias første planlagte bjergby” af dens udviklere, der håber på sigt at bygge hjem til mere end 300.000 mennesker der - konsulterede lauget med landskabsarkitekter. Således omfattede plantestrategien løvtræer, dannede en baldakin til at fange og reflekterede derefter gennem fordampning næsten en tredjedel af monsunregnet, der rammer det. Denne virkning fungerer "som en motor, der kører monsunen ind i landet, " siger McGee, som hjælper med at forhindre tørke der. Den hydrodynamisk effektive form af banyantræblade påvirkede designet af en bedre vandforsendende tagspån, mens vandafledningsanlæg blev inspireret af måderne, som høstmyrerne dirigerer vand væk fra deres reden. Den første Lavasa-”by” er afsluttet, og yderligere fire forventes at følge i 2020.
Alle taler om måder at reducere det menneskelige fodaftryk eller få til "netto nul" -påvirkning. Men naturen, siger McGee, går normalt et skridt videre: ”Det er næsten aldrig netto nul - output fra dette system er normalt gavnligt for alt omkring det.” Hvad hvis vi kunne bygge vores byer på samme måde? ”Hvad hvis, i New York, når det regnede, vandet, der gik ind i East River, var renere end da det faldt?” Og hvad hvis, når skove gik i brand, kunne flammerne slukkes med midler, der ikke afhænger af på giftige stoffer? "Naturen skaber flammehæmmere, der er ikke-giftige, " bemærker McGee. ”Hvorfor kan vi ikke?”
I årevis har forskere fokuseret på kemi af flammehæmmere uden resultater. Men måske kan naturlige processer tilbyde en vej til innovation på laboratoriet, siger McGee. Det er måske måden, hvide fyrretræer åbner i lyset af varmen (for at tillade reproduktion, selvom ild ødelægger skoven), eller den måde, hvorpå eukalyptustræer kaster spredte stykker hurtigbrændende bark for at suge ilt op og tage ild væk fra hoved bagagerum. Jaime Grunlan, en maskiningeniør hos Texas A&M, har udviklet et brandbestandigt stof, der bruger chitosan, et vedvarende materiale hentet fra hummer og rejer skal (og en kemisk slægtning af chitinet i sommerfuglens vinger) til at skabe en nanolayer-polymercoating at når det udsættes for varme, producerer et kulstofskal, der beskytter stoffet.
Lepidoptera præsenterer et par af de problemer, der er blevet hamret ud på naturens arbejdsbænk gennem mange årtusinder. I det evolutionære opkald og respons mellem byttedyr og rovdyr har mange møl udviklet evnen til at opdage ultralyds-klik på flagermus, og nogle kan endda sende forvirrende modsignaler. Sommerfuglvinger har en tendens til at være sorte tættere på deres kroppe for at hjælpe med at fange varme. Disse vinger er dækket med en forurenende resistent belægning - de selvrensende. De dekorative "øjne" på disse vinger, der er beregnet til at skræmme rovdyr, er ofte placeret nær kanten for at minimere vingeskader, hvis sommerfuglen er bidt.
Og så er der farven - hvad vi tænker på, når vi tænker på sommerfugle. ”Folk kalder dem, der flyver blomster, ” siger Robbins. Mens nogle bruger farve til kamouflering, går de mest levende arter den anden vej og reklamerer for deres toksicitet til vilde rovdyr i en uhyggelig skærm. Forfatteren David Quammen kæmper dem for "den naturlige verdens bimboer", et "evolutionært eksperiment i rent dekorativt overskud." Som helhed, skriver Quammen, sommerfugle "repræsenterer et ideal om sødme og blid nåde, der synes næsten uskyldig af hele den nådeløse evolutionære fri -for-all. ”Og der er et væld af inspiration, der venter på at tage flugt på de sladdervinger.
Forskere ved Shanghai Jiao Tong University, inspireret af fuglewing sommerfugle - det sorte område af deres vinger giver næsten total lysabsorption, at fange varme - skaber en strukturelt lignende supersorte amorf kulfilm for at hjælpe med at skabe mere effektiv solteknologi. Et projekt kaldet NOtES, der voksede ud af forskning ved Simon Fraser University i British Columbia, bruger nanoskala lysforstyrrende strukturer til at skabe et anti-forfalskningsstempel, der er vanskeligere at knække end et hologram og kan "udskrives" ikke kun på banken noter, men på en hel række andre objekter. Radio-frekvensidentifikation (RFID) -mærker, der bruges til alt fra sporing af inventar til at føle ens dæks ydeevne, har en tendens til ikke at fungere godt i ekstreme miljøer, især hvor der er vand eller metal. Og således tilpassede et firma ved navn Omni-ID interferensprincippet til at skabe en mere pålidelig RFID ved hjælp af bittesmå metalskalaer i tags for at forbedre deres transmission af radiosignaler.
I betragtning af at Morpho udsætter farve for at tiltrække opmærksomhed, synes det passende at sommerfuglen også har inspireret menneskelig mode. Donna Sgro, en modedesigner i Sydney, Australien og selvbeskrevne ”lejlighedsvis lepidopterist”, skabte tre kjoler fra et stof kaldet Morphotex, et pigmentfrit, iriserende blåt materiale, der trækker sin farve fra optisk interferens. Sgro siger, at selvom Morphotex eliminerer behovet for farvestoffer (og dermed potentielt bærer et mindre miljømæssigt fodaftryk), spredte hendes interesse sig ud over den sædvanlige "problemløsnings-type designtilgang", som biomimister har tendens til at følge. Mode handler trods alt mere end det grundlæggende behov for tøj. Hvordan kan den måde, naturen bruger æstetik på, informere den måde, vi gør? Sgro studerer nu til en ph.d. i biomimik og mode på Royal Institute of Fashion i Melbourne.
Robbins og jeg forlod Natural History Museums samlingcenter og gik til den nærliggende Butterfly Pavilion, og det var som en lepidopterøs kærlighedsfest. En kvinde vinklede sin smartphone for at fotografere en monark, der fodrede med en blomst. En japansk turist udbrød, da en Gulf Fritillary landede på hendes skuldertaske. Et barn råbte, mens en Morpho-peleider langsomt viftede sine iriserende blå vinger. Det er ikke let at forestille sig, at denne scene forekommer med noget andet insekt; med rette eller ikke, vi besøger ikke grub eller maur pavilloner.
Jeg spurgte om den særlige appel fra disse insekter. ”De svæver ikke, de bider ikke, ” sagde han. ”De mennesker ser generelt er smukke. Nogle af dem er skadelige landbrugsmæssigt, men de er temmelig venlige fyre, og de er meget hellere end de fleste andre insekter. ”Hvis jeg bare troede, kunne folk nu vide, hvor nyttig al den skønhed kan være.
