Bionica storia, argomenti ed esempi

Imparare dall'evoluzione significa apprendere la tecnologia

L'evoluzione può funzionare solo con il materiale esistente e non è affatto perfetta: gli oranghi, ad esempio, sono abitanti degli alberi, ma non sono adattati al 100% in modo ottimale alla vita dell'albero. Negli esseri umani, malattie come danni al disco causati dall'andatura verticale.

Per quasi tutti i problemi che sorgono nelle costruzioni umane, ci sono nel frattempo controparti in natura che offrono modelli per risolvere questo problema: lo scivolamento del condor, per esempio, mostra come un grande corpo può volare nell'aria senza schiantarsi, e i corpi del pinguino, delfino e squalo mostrano quali forme si muovono meglio sott'acqua.

contenuto

• Imparare dall'evoluzione significa apprendere la tecnologia
• Cos'è la bionica
• Biologia tecnica e bionica
• Bottom-up o top-down
• Corpo artificiale
• Evoluzione del modello
• Natura e tecnologia
• criteri
• Bionica ed evoluzione
• Animali e tecnologia
• All'inizio della cultura
• Vola come un uccello
• Leonardo da Vinci
• Otto Lilienthal
• Muscling - The Condor
• winglets
• Vola come un pipistrello
• Martin pescatore sui binari ferroviari
• Scafi degli aerei nel design del tonno
• Il palloncino volante e la trota
• Pelle di squalo per mute da sub
• Skate robot sul fondale marino
• La macchina di boxfish
• The Squid - Un sogno per i soldati
• Attacca come un geco
• seta di ragno
• coltello roditore
• L'orso polare e la casa delle termiti

Cos'è la bionica

Bionica, biologia (tecnologia) e (tecnologia) significa la pratica scientifica del trasferimento di soluzioni biologiche alla tecnologia umana. Zoologi, botanici e neurobiologi, chimici e fisici collaborano con medici professionisti, ingegneri e designer.

La bionica si occupa del trasferimento di stimoli naturali alla tecnologia. (Immagine: Michael Tieck / fotolia.com)

Biologia tecnica e bionica

Mentre la biologia tecnica esplora le relazioni tra forma, struttura e funzione e utilizza metodi tecnici, la bionica tenta di implementare tecnicamente strutture e costruzioni della natura.

Funzioni biologiche, adattamenti, processi, organismi e principi forniscono soluzioni a problemi tecnici.

Animali e piante forniscono alla bionica idee per trasferire i principi d'azione dalla natura alla tecnologia. Ciò include la biotecnologia, vale a dire l'uso di enzimi, cellule e organismi interi nelle applicazioni tecniche.

Bottom-up o top-down

Un prodotto bionico si evolve in diversi passaggi: dall'alto verso il basso o dal basso verso l'alto

Il bottom-up inizia con l'esplorazione della base biologica, della forma, della struttura e della funzione (come vengono costruiti i piedi di un geco?). Quindi i ricercatori cercano di capire i principi dell'azione e delle leggi (perché il geco può camminare sul soffitto?).

Questo è seguito dall'astrazione. Gli scienziati si staccano dal contesto biologico, sviluppano modelli funzionali e modelli matematici per implementare tecnicamente i principi di azione

Alla fine, segue l'implementazione tecnica su scala di laboratorio, su scala industriale e infine come prodotto di mercato.

L'alto-basso è il contrario. All'inizio c'è un problema tecnico. Ad esempio, un prodotto esistente dovrebbe diventare migliore. Ma come? Quindi inizia la ricerca di soluzioni biologiche, seguita da basi biologiche, astrazione e implementazione.

La bionica dovrebbe essere innovativa e creativa, non si tratta più solo di copiare la natura, ma di trasmettere effetti fondamentali su vari campi.

Corpo artificiale

Nello spazio angloamericano, la Bionica si riferisce a corpi e organi prodotti artificialmente che imitano o sovrappongono un modello vivente. Altri termini sono robotica o protesi.

Ad esempio, oggi la neurologia sta sperimentando protesi che imitano gli arti umani e rispondono ai comandi mentali. Il piano è di trasferire informazioni al cervello e quindi dare alla persona colpita il senso del tatto.

Un obiettivo della ricerca neurobiologica è che le mani prodotte artificialmente possano essere controllate dal cervello in futuro. (Immagine: Den / fotolia.com)

Evoluzione del modello

Nel complesso, l'evoluzione della vita è il modello per la tecnologia - e in effetti nella creatività naturale. Evoluzione Secondo Charles Darwin, "selezione selezione naturale" significa che le specie più adatte con abilità speciali si adattano a una situazione specifica.

La funzione originale delle parti del corpo e dei sensi può cambiare completamente: le zampe anteriori dei pipistrelli, ad esempio, si sviluppano in ali.

Natura e tecnologia

Quindi la natura offre un potenziale inesauribile per soluzioni di problemi funzionali che superano qualsiasi cosa la gente possa pensare. Tuttavia, è simile al progresso tecnico, in particolare in tempi di cambiamenti industriali come la rivoluzione digitale, sono necessari "salti di innovazione".

Ad esempio, come possono essere costruite macchine che prelevano i campioni dalle gole del fondo marino ed evitano gli ostacoli? Le "auto sott'acqua" con le ruote sono una piccola domanda quanto i sottomarini che non possono muoversi tra ghiaioni e caverne.

Qui i robot offrono una soluzione modellata su aragoste, aragoste e granchi, con bracci a pinza, per i quali il modello di polpo si erge.

criteri

Un prodotto è considerato bionico solo se:
1) ha un modello di ruolo biologico
2) astratti da questo modello
3) viene trasferito su un'applicazione tecnica

La natura sconcerta gli scienziati ogni giorno: quasi ogni problema tecnico è un problema posto o posto in evoluzione e per il quale la natura ha trovato una soluzione.

Bionica ed evoluzione

La bionica di oggi confronta il suo approccio con il processo evolutivo:

individuale	creatura	Oggetto da ottimizzare
mutazione	Cambiamento casuale delle informazioni genetiche	Cambiamento casuale delle variabili di input variabili (= Parametro dell'oggetto)
ricombinazione	Miscela del materiale genetico genitoriale	Ricombinazione dei parametri dell'oggetto parentale
selezione	Selezione di individui più adatti all'ambiente	Selezione di individui che soddisfano al meglio il criterio di ottimizzazione

Tali prodotti ottimizzati servono a proteggere l'ambiente, risparmiare risorse, alleviare il carico sull'ambiente e sostenere la protezione dell'ambiente.

Animali e tecnologia

Imparare dagli animali significa sviluppare tecnologia. La biologia ha ispirato innumerevoli risultati ingegneristici: treni ad alta velocità modellati sul martin pescatore, con uno strato di ossa che ritaglia la testa quando viene colpito dall'acqua, o lo squalo con la sua struttura di carta a sbavature come modello per le mute da sub; Le trote erano il prototipo del pallone volante, i picchi erano il padrino della piccozza e del martello pneumatico; I polpi hanno la forma naturale di coppettazione e braccia articolate.

Il picchio ha fornito il modello per lo sviluppo del martello pneumatico. (Immagine: mirkograul / fotolia.com)

All'inizio della cultura

Sebbene la bionica sia un concetto molto giovane, è all'origine di ogni cultura umana. Per lo sviluppo biosociale degli umani si è sempre voluto copiare la natura culturalmente.

I nostri primi antenati videro il volo del falco, fecero archi e frecce e copiarono quel volo. La lancia ha il suo modello nelle zanne di elefanti e nelle corna di antilopi, il coltello copia i denti di grandi felini e lupi. Quando la gente cacciava animali e faceva vestiti dalle loro pelli, imitavano la pelliccia che dava calore agli esseri viventi.

Le culture tradizionali che conoscono questa dipendenza esprimono questo modello di ruolo negli oggetti stessi: i nativi americani hanno intagliato le punte delle loro frecce sotto forma di teste di falco.

Vola come un uccello

I piccioni volano veloci come fanno duramente e con un corpo enorme - quindi hanno tutte le qualità che dovrebbero avere un aereo passeggeri. In effetti, l'aereo meno dirompente progettato da Igo Etriel aveva come modello il piccione.

Il pioniere dell'aviazione guardò la fusoliera e la coda del suo aviatore artificiale dai piccioni della città e scrisse: "Nell'inverno del 1909-1910 ho progettato l'apparato (...) sul modello di un uccello in posizione di volo".

Leonardo da Vinci

Già Leonardo da Vinci prese gli uccelli come modelli delle sue macchine volanti e calcolò meticolosamente come funzionava il volo per le singole specie di uccelli. Da Vinci è cresciuto in Toscana.

I dipinti di Leonardo, le sue sculture e le sue macchine di ingegneria lo caratterizzavano come un pensatore travolgente, anche tra gli studiosi universali del Rinascimento: era un pittore, un meccanico, un anatomista, uno scienziato, un filosofo naturale e un architetto.

Ma fino ad oggi il suo accesso sensuale al mondo scompare dietro il mito. Perché Vinco era creativo quanto radicato nel terreno. I disegni di Leonardo sulle terre rurali intorno al suo luogo di nascita mostrano che il genio della Toscana rurale rimase profondamente connesso.

Ciò che era insolito per un artista del Rinascimento era che non aveva un'educazione della prima infanzia nelle arti. Invece, è cresciuto nella natura culturale del nord Italia, e il ragazzo ha trascorso la maggior parte del suo tempo nella natura della campagna circostante.

Qui, il bambino ha studiato i movimenti degli uccelli da preda e ottenuto l'ispirazione per le sue successive macchine volanti. Uno dei suoi primi ricordi fu un sogno in cui un rapace volò sul viso di Leonardo e premette la coda contro le labbra del sognatore.

Tali ricordi mostrano che le prime radici di Leonardo da Vinci nell'acquisire conoscenza non erano né religiosamente cristiane né puramente scientifiche in senso moderno, ma assomigliavano al pensiero sciamanico delle culture tradizionali che combinano l'esperienza sensoriale e la comprensione sistematica della realtà naturale. In questo modo di pensare scienza, arte e filosofi naturali non sono separati, ma diversi aspetti della stessa percezione.

Leonardo ha esaminato il modo in cui le ali degli uccelli cambiano forma, vale a dire le ali della mano aperte sul tee, messe insieme all'impatto, e ha esaminato la struttura e la funzione della piuma di uccello. Su questa base ha progettato ali battenti per uomini volanti. Ma non potevano lavorare perché il peso corporeo di una persona è troppo grande in proporzione alla potenza dei suoi muscoli.

Otto Lilienthal è considerato un pioniere dell'aviazione. Si è laureato nel 1891 il primo volo di successo in un aliante auto costruito. (Immagine: Juulijs / fotolia.com)

Otto Lilienthal

Otto Lilienthal, il primo uomo di successo nell'aria, osservò nella sua infanzia esattamente il volo delle cicogne bianche. Nel 1889 pubblicò la sua opera "Il volo degli uccelli come base dell'arte del volo".

Le cicogne gli hanno insegnato che il volo a vela è fondamentale per il volo. Le cicogne navigano su lunghe distanze e risparmiano così tanta energia. L'ingegnere ornitologico concluse che era possibile imitare questo volo planante quando un umano poteva controllare solo le ali e un uccello.

Una vela di cotone su un collegamento di bambù e grezza divenne l'aliante di altezza di Lilienthal. Fu il primo uomo a raggiungere un'altitudine più elevata all'aria aperta che alla partenza. Lilienthal ha volato con successo 2000 volte, poi si è schiantato ed è morto.

Muscling - The Condor

Il condor andino è uno dei più grandi uccelli volabili. Dipende dalle correnti d'aria calda per entrare nell'aria.

Paul MacCready, un ingegnere americano, ha studiato il volo dei condor e i fenomeni meteorologici negli anni '70. Il suo piano era di sviluppare una macchina volante che avrebbe sollevato il peso il più possibile con poca energia.

Il condor con un peso di 13 chilogrammi e un'apertura alare di fino a 3,50 m, che raggiunge quasi 6000 m in volo a vela, era l'oggetto di studio ideale per lui.

MacCready ha osservato che i Condor non iniziano una mattina fredda e trascorrono molto tempo sulla Terra anche dopo un pasto sontuoso. Da questo ha concluso che non la forza del condor, ma la sua apertura alare consente di portare il peso.

Ha progettato il "Gossamer Condor", un aereo con un'apertura alare di 29,25 metri e una lunghezza di 9,14 metri. La costruzione su tubi di alluminio e una speciale pellicola di poliestere pesava solo 31,75 chilogrammi.

Il dispositivo era alimentato da pedali. Nel 1977, un ciclista professionista, Bryan Allen, iniziò con il "Kondor". Allen fu la prima persona a sollevarsi da terra da solo.

Alcuni anni dopo, MacCready costruì il "Gossamer Albatros", dal nome del solo gruppo di uccelli, alcuni dei quali hanno una portata ancora maggiore del condor, e Allen volò con lui attraverso il Canale della Manica..

winglets

I volatori tra gli uccelli spargono nel Fug le molle esterne sulle ali e quindi riducono le turbolenze d'aria, che altrimenti si formano sull'ala - dividono il flusso d'aria in molti piccoli "torrenti". È così che guadagnano energia.

L'aviazione usa tali "alette" sotto forma di piccole ali di aerei verticali. Aumentano sia la velocità dei piloti da combattimento che il consumo di energia delle macchine di trasporto.

La TU Berlin ha condotto esperimenti in galleria del vento con un'ala, in cui le alette potevano essere regolate individualmente.

Vola come un pipistrello

La vena di Clemente non prendeva gli uccelli ma i pipistrelli come modello per il suo veicolo Éole. Ha intrapreso il primo volo a motore con equipaggio. Il finito, tuttavia, già dopo 50 metri.

Martin pescatore sui binari ferroviari

Uccelli che ispirano gli inventori a costruire aeroplani - questo è ovvio a prima vista. Ma cosa fa il Martin pescatore, che si erge come un gioiello blu nell'aria, quindi si tuffa nell'acqua e il pesce comincia a fare con un treno ad alta velocità?

Per la testa del treno ad alta velocità giapponese Shinkansen, gli ingegneri furono ispirati dal martin pescatore. (Immagine: torsakarin / fotolia.com)

Eiji Nakatsu ha sviluppato lo Shinkansen, un treno veloce che collega Tokyo a Hakata. La differenza di pressione quando il treno entrò in un tunnel era così grande che ogni volta sbatteva rumorosamente - un'imposizione sui passeggeri.

L'ingegnere senior stava cercando soluzioni in natura e trovò il martin pescatore, che provoca rapidi cambiamenti nella resistenza dell'aria.

Il lungo becco dell'uccello riduce lo shock tra l'aria debole e la forte resistenza all'acqua. Gli Shinkasen hanno ricevuto un "lungo muso", che ha risolto il problema del tunnel e l'ingresso nella superficie dell'acqua durante la pesca.

Anche il treno è diventato più veloce e ha consumato meno energia.

Ma questo non è l'unico "miracolo" nel corpo del martin pescatore: la sua retina contiene due pozzi. Fuori dall'acqua ne usa solo uno, nell'acqua solo il secondo. Inoltre, la sua retina contiene gocce di olio, quindi percepisce meglio i colori e può orientarsi sott'acqua.

Se la scienza comprende come funziona questo "sistema subacqueo", può essere utilizzato per costruire attrezzature per migliorare la visibilità subacquea dei subacquei.

Scafi degli aerei nel design del tonno

Il modello per la fusoliera ideale non era un uccello ma un pesce. L'ingegnere aeronautico Heinrich Hertel stava cercando un modello in natura per un aeromobile aerodinamico, e il tonno ha dato un modello.

I bonitos sono particolarmente snelli, perché la parte del loro corpo con il volume più grande non si trova in testa, ma dietro le branchie. Quindi l'acqua scorre uniformemente oltre loro. Inoltre, il corpo non si assottiglia gradualmente alla coda, ma bruscamente. Di conseguenza, il flusso si strappa solo in una piccola parte del corpo.

Altri mammiferi marini e di acque profonde hanno forme corporee, tarponi e delfini paragonabili - e servono anche come esempi di ingegneri aeronautici.

Un aereo svizzero chiamato "Smartfish" onora con il suo nome, gli animali marini che hanno fornito il modello. Ha una fusoliera a cupola come il tonno e quindi consuma meno carburante rispetto ad altri velivoli della stessa dimensione, è facile da guidare e meno suscettibile alle turbolenze.

Il tonno ha sviluppato ancora un altro adattamento per muoversi più velocemente. Le loro pinne pettorali fungono da timone e freni. Quando i tonni sono a piena velocità, piegano le pinne contro il corpo. Oggi i ricercatori stanno testando se le "parti esterne" di auto e pesci non possono essere piegate ad alta velocità per migliorare l'aerodinamica.

Il palloncino volante e la trota

La trota ha fornito il modello per un moderno palloncino sterzante.

Gli Zeppelin avevano una breve fioritura all'inizio del XX secolo. Lo Zeppelin Hindenburg era uno dei due più grandi dirigibili. Il 6 maggio 1937 bruciò il ripieno di riempimento dell'acqua e 36 persone morirono.

La nave ha bruciato per rottame di alluminio all'aeroporto di Lakehurst negli Stati Uniti in mezzo minuto. La causa esatta non è ancora chiara, il capitano credeva in un assassino. Tuttavia, il risultato fu certo: il traffico aereo con Zeppelin terminò bruscamente.

La trota funge da modello per lo sviluppo di dirigibili moderni. (Immagine: Michael Rosskothen / fotolia.com)

Oggi, tuttavia, questi palloni di guida potrebbero tornare in voga. Le previsioni meteorologiche sono molto più affidabili oggi e le tempeste possono quindi essere evitate. La moderna tecnologia potrebbe anche controllare miscele di gas pericolose.
L'Istituto svizzero di ricerca e tecnologia Empa esamina le trote come un archetipo per tali dirigibili del futuro.

La trota ha una massa muscolare bassa. Con il suo corpo a forma di fuso, accelera rapidamente. Usa idealmente i vortici di flusso e si muove con una resistenza minima. Per questo piega il corpo e colpisce la pinna caudale nella direzione opposta.

Gli scienziati svizzeri stanno ora applicando questo movimento a un nuovo tipo di palloncino volante. I polimeri elettroattivi (EAP) forniscono questo pallone con l'elettricità convertendo l'energia elettrica in movimento. Questi polimeri si trovano dove si trovano i fianchi e la coda della trota, mentre i muscoli guidano il moto ondoso nell'acqua. I ricercatori hanno quindi riconosciuto il problema di come aumentare la trasformazione dell'energia in movimento.

Pelle di squalo per mute da sub

Solo due decenni fa, una superficie liscia era considerata ideale per lo spostamento sott'acqua. Tuttavia, i nuotatori permanenti degli oceani, squali martello o squali pinna nera, sono coperti da squame placoidi fatte dello stesso materiale dei denti di squalo.

Le loro scale sono scanalate e sfalsate. Di conseguenza, riducono l'attrito tra l'acqua e la superficie corporea, e così gli squali aumentano la loro velocità. La forfora impedisce anche la diffusione dei batteri.

La pelle di squalo ha copiato costumi da bagno alle Olimpiadi del 2008, e i loro indossatori hanno raggiunto record.

L'idrodinamica degli squali, d'altro canto, ha ancora un interesse molto più grande: oggi ci sono già navi con rivestimento "di squalo", che consumano meno carburante, e "gli squali" sono una questione di tempo.

Skate robot sul fondale marino

Le mante volano sott'acqua. Gli zoologi chiamano le ali dei raggi ali abbastanza giuste, perché i pesci si muovono con loro come uccelli che volano nell'aria.

Gli scienziati si sono chiesti in che modo le pastinache producono energia per i raggi, sebbene la pressione dell'acqua sia superiore alla pressione atmosferica.

Il Rochenkörper risolve il problema opponendosi alla pressione: le pinne da skate non cedono sotto pressione, ma si gonfiano contro di lui. Il ricercatore tedesco Leif Knies parla dell'effetto raggio.

I pattini sono pesci cartilaginei. Non hanno ossa come la maggior parte dei pesci, ma il loro scheletro è costituito da cartilagine. Nell'evoluzione, il corpo del serpente si accasciò dall'alto, permettendo alle sue pinne di allargarsi sui suoi lati.

L'artista bionico berlinese Rolf Bannasch ha progettato un robot biomimetico basato sull'archetipo di Manta Rays. Bannasch Tema vuole esplorare il fondale marino con il pattino robot. Questa macchina non avrebbe eliche e quindi non avrebbe infastidito il biotopo più di un pesce vagante.

Il raggio artificiale potrebbe, ad esempio, esaminare i sub-cavi. Ma l'effetto jet jet può essere applicato anche in aree completamente diverse: Festo AG a Esslingen vicino a Stoccarda ha sviluppato una pinza bionica modellata sulla pinna di pesce.

Questo "FinGripper" assomiglia a una pinna caudale e si compone di tre "raggi a pinna", mentre è il 90% più leggero di una pinza simile in metallo.

La macchina di boxfish

Oggi le case automobilistiche sono costantemente alla ricerca di modi per produrre auto a basso consumo di carburante. Prima di tutto, questi veicoli devono essere leggeri e, in secondo luogo, buoni nel flusso d'aria, meno materiale, meno costosi, meno risorse e meno peso.

La bionica trovò ciò che cercavano nel mare: il bosso, un abitante delle barriere coralline, ha una forma stranamente angolare che le diede il nome. Con questa forma, è estremamente stabile nell'acqua, un'armatura ossea può sopportare la pressione dell'acqua. La sua forma è eccezionale nella corrente. Il coefficiente di resistenza (valore cW) è 0,06. Questo riduce la resistenza al flusso.

Il serbatoio osseo può essere trasferito sul corpo di un'auto. Ma il boxfish non può essere copiato direttamente. Perché una macchina non è solo molto più grande, ma si muove anche nell'aria, non nell'acqua.

Il risultato è stata la macchina bionica Mercedes-Benz. Combina il volume massimo con una resistenza al flusso minima. Con le procedure di ottimizzazione bionica, il peso è stato ridotto del 30%. Il carburante della sua categoria è inferiore del 20% rispetto ad altre vetture.

Il bosso tropicale era il modello per l'auto bionica Mercedes-Benz. (Immagine: airmaria / fotolia.com)

The Squid - Un sogno per i soldati

Flecktarn nel marrone ocra nel deserto, verde chiaro e verde nella foresta, grigio e bianco nella neve - il camuffamento fa parte del mestiere dei militari. I soldati possono effettivamente camuffarsi su un terreno particolare, ma falliscono se cambiano improvvisamente il loro ambiente. Un "guerriero della palude" con il fango sul viso e si precipita sul casco sembra un faro nella notte mare nella sabbia del deserto.

Un calamaro probabilmente riderebbe del travestimento del soldato se ne fosse consapevole, perché questo camuffamento sembra borbottante rispetto al suo cambio di colore di secondo ordine. Seppie cambiano completamente il modello di colore, uniformemente o con macchie e strisce. Ciò è reso possibile dai cromatofori, tasche sotto la pelle riempite di pigmenti.

Queste borse possono espandere o ritrarre gli animali tendendo i muscoli. I molluschi si fondono con qualsiasi fondo e si mimetizzano perfettamente contro i predatori e gli animali preda.

Gli scienziati del Massachusetts hanno sviluppato un display basato su questo modello che crea immagini attraverso variazioni nei livelli superiori. I modelli attivano gli impulsi elettrici, come nel calamaro, che rilassano i muscoli, a seconda di quali segnali elettrici ricevono.

Nel frattempo, le forze armate stanno lavorando su un camuffamento per trasferire le proprietà desiderate del calamaro alla pelle del soldato.

Il cambiamento di colore del calamaro è arrivato al pubblico, mentre Jurassic World 2015 ha riempito i cinema. Un dinosauro creato artificialmente, Indominus Rex, trasporta i geni di calamaro e può quindi fondersi con l'ambiente circostante, rendendolo ancora più letale del Tyrannosaurus Rex.

Attacca come un geco

I gechi sono un grande gruppo di lucertole che abitano innumerevoli habitat in paesi caldi: foreste pluviali come deserti, montagne come spiagge, cassonetti in India e luci al neon negli hotel in Thailandia.

Molti tipi di gechi non si limitano a camminare su e giù per i tronchi degli alberi, ma anche orizzontalmente e a testa in giù su vetri - sia umidi che secchi. Risolvono la responsabilità in pochi microsecondi e applicano pochissima forza.

Il segreto sta in milioni di peli appiccicosi (setole), che a loro volta si dividono in centinaia di foglie a forma di vanga (spatole). Questi si annidano in dossi, che sono riconoscibili solo nella gamma nano. Ogni pelo ha solo un piccolo potere adesivo. Milioni di volte questo è gigantesco.

Un gruppo di ricercatori guidati da Stanislav N. Grob ora ha studiato strutture pelose, nodose e a forma di fungo e ha sviluppato un film adesivo che raggiunge la metà dell'adesione di gechi sul vetro.

I "gecko hairs" artificiali sono secchi, possono essere staccati più volte e aderire a qualsiasi tipo di materiale.

Le agenzie di intelligence americane stanno attualmente lavorando al "Stickybot", un robot geco che sale almeno 4 cm al secondo. Il prototipo è stato sviluppato dalla Stanford University.

seta di ragno

La seta ragno eccita la bionica come nessun altro materiale: è più flessibile della gomma e più resistente agli strappi dell'acciaio ed estremamente leggera. I telai e i raggi delle ragnatele sono particolarmente resistenti, mentre i fili della spirale del ricevitore sono enormemente elastici.

Circa 20.000 specie di ragni costruiscono reti di seta per catturare la preda. La nostra croce spider produce filamenti del telaio stabili e spirali di cattura elastiche. La seta è una molecola proteica a catena lunga con parti cristalline che assorbono il carico di trazione e una matrice amorfa che assicura l'elasticità.

Usando metodi biotecnologici può essere prodotta la seta di ragno artificiale. (Immagine: ansi29 / fotolia.com)

I ragni producono le proteine ​​della seta in una ghiandola ragno nell'addome. Puoi anche passarli attraverso un canale di centrifuga, dove salano le proteine ​​per scambio ionico. Un cambiamento di pH altera la struttura, il ragno quindi tira con le zampe posteriori, e così dalle proteine ​​è un filo di seta.

La biotecnologia produce materie prime di seta artificiale e le dirige con una pompa in un canale di filatura tecnica in cui gli ioni vengono scambiati e la soluzione di proteine ​​della seta è arricchita. La soluzione viene trasformata dal treno con un rullo in un filo di seta.

La seta artificiale del ragno si trova oggi nelle microcapsule, nei filamenti, nelle nanosfere, negli idrogel, nei film e nelle schiume, nella medicina e nell'industria.

coltello roditore

I coltelli d'acciaio diventano noiosi, prima o poi la plastica, la carta o il legno si sfregano sull'acciaio. I coltelli devono essere molati, nel caso delle macchine ciò significa rimuovere, affilare, reinstallare e riallineare. Questo è fastidioso, costa tempo, denaro ed energia.

I roditori non hanno questo problema. I loro incisivi funzionano come i coltelli, ma non ottusi. Crescono diversi millimetri ogni settimana e si sfregano senza restringersi del tutto. Al contrario: i roditori hanno bisogno di cibo duro, altrimenti i denti diventeranno sempre più lunghi. I denti sono sempre affilati, il che li rende interessanti per la bionica.

Gli incisivi consistono in una morbida dentina all'interno e uno smalto duro all'esterno. Poiché questi due materiali si sfaldano in diversi gradi, i denti rimangono nitidi, perché la dentina morbida scompare e lo smalto duro rimane.

L'astrazione bionica del principio: i coltelli autoaffilanti dovrebbero quindi consistere in due materiali di diversa durezza. Esistono tali coltelli: il loro nucleo è realizzato in acciaio, che si usura più velocemente rispetto allo strato ceramico esterno, e lo strato duro rimane all'avanguardia. Questi coltelli durano più a lungo dei prodotti commerciali e sono sempre affilati.

L'orso polare e la casa delle termiti

Alcune termiti usano il calore del sole e il metabolismo per ventilare i loro edifici. L'aria scorre attraverso un sistema di tubi verso l'alto e al di sotto della superficie verso il basso. Ciò è reso possibile da un gradiente termico tra la parte superiore calda dell'edificio e le fredde aree sotterranee. L'anidride carbonica si diffonde attraverso il materiale da costruzione poroso, l'ossigeno si diffonde in esso.

Con l'orso polare i peli bianchi guidano la luce e il calore sulla pelle scura. Lì sono assorbiti. Insieme agli spazi aerei completati nella pelle d'orso, l'animale ottiene calore.

W. Nachtigall e G. Rummel hanno concepito una casa a basso consumo energetico nel 1996, che combina la ventilazione passiva dei pori delle termiti con l'isolamento termico trasparente dell'orso polare. (Dr. Utz Anhalt)

credenziali
http://www.bionik-online.de/was-ist-bionik/

http://www.spektrum.de/lexikon/biologie/bionik/8744

Persone, aziende e università che lavorano con la bionica (Selezione): 

Gruppo di tecnologie adattate
Università della Tecnologia di Vienna

Azienda di innovazione INPRO per sistemi di produzione avanzati
nel settore automobilistico mbH

Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT)

Museo Otto Lilienthal

Università di Bayreuth, Dipartimento dei Biomateriali