Биовдохновение - это разработка новых материалов, устройств и структур, вдохновленная решениями, найденными в биологических системах, а также биологической эволюцией и усовершенствованием, происходившей на протяжении миллионов лет. [1] Цель состоит в том, чтобы улучшить моделирование и симуляцию биологической системы, чтобы достичь лучшего понимания критических структурных особенностей природы, таких как крыло, для использования в будущих разработках, основанных на биоинспирации. [2] Биовдохновение отличается от биомимикрии.в том, что последний стремится точно воспроизвести конструкции биологических материалов. Биоинспектируемые исследования - это возвращение к классическим истокам науки: это область, основанная на наблюдении за замечательными функциями, характерными для живых организмов, и попытках абстрагироваться и имитировать эти функции.
История
Идеи в области науки и техники часто возникают в результате изучения природы. В 16-17 веках Г. Галилей , Дж. Кеплер и И. Ньютон изучали движение Солнца и планет и разработали первое эмпирическое уравнение для описания гравитации. Несколькими годами позже М. Фарадей и Дж. Максвелл вывели основы электромагнетизма, исследуя взаимодействия между электрическими токами и магнитами. Исследования теплопередачи и механической работы приводят к пониманию термодинамики . Однако квантовая механика возникла из спектроскопического исследования света. Современные объекты внимания берут свое начало в химии, но самые многочисленные из них находятся в биологии, например, при изучении генетики , характеристик клеток и развития высших животных и болезней. [3]
Текущая область исследований
Биологическое вдохновение - это хорошо зарекомендовавшая себя стратегия в области химии , но это не мейнстримный подход. В частности, это исследование все еще развивает свои научные и технологические системы на академическом и промышленном уровнях.
Это месторождение восходит к 1980-м годам, но в 2010-х годах многие природные явления не были изучены. [3] [4]
Типичные характеристики биоинспирации
Функция
Исследования, вдохновленные биологией, сильно отличаются от исследований в области химии. Это исследование не фокусируется на сложных и микроскопических вещах, таких как молекулярная структура. Он основан на наблюдении и понимании функций продуктов биологической эволюции.
Безграничный источник идей
Существуют различные виды организмов и множество различных стратегий, которые оказались успешными в биологии при решении той или иной функциональной проблемы. Некоторые виды биологических функций высокого уровня могут показаться простыми, но они поддерживаются многими слоями нижележащих структур, процессов, молекул и их сложного взаимодействия. Нет никакого шанса исчерпать феномены для исследований, вдохновленных биологией.
Простота
Часто био-вдохновленное исследование чего-либо может быть намного проще, чем точное копирование источника вдохновения. Например, чтобы сделать самолет, исследователям не нужно знать, как летает птица.
Транскультурное поле
Биовдохновение возвращается к наблюдениям за природой как к источнику вдохновения для решения проблем и делает это частью великой традиции. Простота многих решений проистекает из стратегии, вдохновленной биологией, в сочетании с тем фактом, что разные географические и культурные регионы имеют разные типы контактов с животными, рыбами, растениями, птицами и даже микроорганизмами. Это означает, что разные регионы будут иметь существенные преимущества в областях с богатым природным ландшафтом. Итак, исследования, вдохновленные биологией, являются межкультурной областью.
Технические приложения
В настоящее время доступно множество технических приложений, основанных на биоинспекции. Однако этот термин не следует путать с биомимикрией . Например, самолет вообще вдохновлен птицами. Законцовки крыльев самолета являются биомиметическими, потому что их первоначальная функция минимизации турбулентности и, следовательно, потребность в меньшем количестве энергии для полета, не изменилась и не улучшилась по сравнению с оригинальной природой. Кроме того, метод нано-3D-печати также является одним из новых методов биоинспирации. Растения и животные обладают особыми свойствами, которые часто связаны с их составом нано- и микроповерхностных структур. Например, были проведены исследования, имитирующие супергидрофобность листьев Salvinia molsta , липкость пальцев ног геккона даже на скользких поверхностях и антенны моли, которые вдохновляют на новый подход к обнаружению утечек химических веществ, лекарств и взрывчатых веществ. [5]
Рекомендации
- ^ Санчес, Клеман; Аррибарт, Эрве; Гий, Мари Мадлен Жиро (2005). «Биомиметизм и биовдохновение как инструменты для разработки инновационных материалов и систем». Материалы природы . 4 (4): 277–288. Bibcode : 2005NatMa ... 4..277S . DOI : 10.1038 / nmat1339 . PMID 15875305 .
- ^ «Определение слова BIOINSPIRED» . Аэрокосмическая Америка . Проверено 26 сентября 2018 года .
- ^ а б Уайтсайдс, GM (15 мая 2015 г.). «Bioinspiration: что - то для всех» . Интерфейсный фокус . 5 (4): 20150031. DOI : 10.1098 / rsfs.2015.0031 . PMC 4590425 . PMID 26464790 .
- ^ Кришнан, Раджешвар. "Биомиметик или биоинспирированный?" (PDF) . Электрохимическое общество (ECS).
- ^ Энтони, Лоудер (25 октября 2017 г.). «Нано-3D-принтер Nanoscribe, используемый для изучения форм животных и биовоздушных материалов - сеть 3D-печати» . Сеть СМИ для 3D-печати .