211service.com
Hoe dierenharen schonere technologie kunnen inspireren
Je hond ruikt en spoort modder door het huis, zeker, maar is het geen wonder dat meneer Barks geen wandelende bundel afval is? En hoe zit het met die kleine fruitvliegjes - zouden een paar stofdeeltjes niet voldoende moeten zijn om hun aerodynamica te verpesten?
Een bij heeft ongeveer net zoveel haren als een eekhoorn.
Dit zijn de vragen van natuurkundige-biologen David Hu van Georgia Tech en zijn afgestudeerde student Guillermo Amador van het Max Planck Institute. De twee onlangs een recensie gepubliceerd in de Journal of Experimental Biologie en een vervolg artikel in Ontdekken . Hun onderzoek is niet alleen fascinerend op zich (wacht tot je het stukje over chinchilla's en SUV's hoort), het heeft een aantal ingenieuze implicaties voor het ontwerp van vuilgevoelige technologie zoals lenzen en zonnepanelen.
Haar lijkt de nachtmerrie van een mondhygiënist. Het komt neer op oppervlakte: hoe meer oppervlakte een object heeft, hoe meer ruimte er is voor stof en andere deeltjes om zich op te hopen. (Mijn lezers herinneren zich misschien dat de harige voeten van gekko's, en hun relatief enorme oppervlakte, de hagedissen in staat stellen om zelfs op gladde oppervlakken te kleven.)
In dit opzicht lijkt het erop dat we geluk hebben dat we de haarloze aap zijn. Maar zelfs de meest harige aap heeft niets aan Apis (d.w.z. honingbijen) in pure pond-voor-pond beharing. Volgens de onderzoekers Ontdekken artikel:
Wij mensen hebben ongeveer 100.000 haren op ons hoofd . Het aantal haren op andere dieren is relatief onthutsend. Een vlinder heeft 100 miljard haren, meer dan 10 keer zoveel als een bever. De bij heeft 3 miljoen haren, hetzelfde aantal als een eekhoorn.
Wanneer de onderzoekers extrapoleren van haar naar oppervlakte, worden de resultaten ronduit verbijsterend:
We ontdekten dat haar gemiddeld het schijnbare oppervlak van een dier met een factor honderd vergroot. Zo heeft een kat de oppervlakte van een tafeltennistafel. (Dit verklaart waarom het [ sic ] zo moeilijk om huisdieren schoon te krijgen.) Een chinchilla heeft het oppervlak van een SUV. En een zeeotter heeft de oppervlakte van een hockeybaan.
Wat dit betekent is dat hygiëne in potentie een enorme energieput is voor dieren - dieren die, in evolutionaire zin, die energie liever gebruiken om voedsel te vinden of partners te vinden. Er is een sterke selectieve kracht geweest die dieren heeft gevormd om op de meest efficiënte manieren schoon te blijven. Effectieve reiniging, zo merken de onderzoekers, gaat net zo goed over het ontwerpen van een oppervlak dat klaar is om [reiniging] te vergemakkelijken als het ontwerpen van een goed reinigingsgereedschap.
De crux: Een dier wordt gratis schoon als het de juiste ondergrond heeft. Als we deze mentaliteit hebben, kunnen we misschien nieuwe apparaten ontwerpen die ook gratis schoon worden.
Ze onderscheiden zonnepanelen en bijenogen. Beide moeten licht doorlaten. Zonnepanelen produceren door de ophoping van stof jaarlijks niet zoveel stroom als ze kunnen. Wanneer bekeken door een scanning elektronenmicroscoop, ziet het oog van een bij eruit als een speldenkussen; voor Hu en Amador lijkt het inspiratie:
Stel je zonnepanelen voor die zijn ontworpen als insectenogen. Dunne filamenten kunnen periodiek worden geplaatst om stof boven het paneel te hangen, maar toch licht door te laten. Het reinigen van het paneel zou neerkomen op eenvoudigweg vegen met een andere borstel. Net als de insecten kan het paneel schoon worden zonder het gebruik van water of chemicaliën. Evenzo kunnen videocamera's, de ogen van robots worden omrand met wimpers om afzetting te verminderen. Het bouwen van synthetische harige systemen is het onderwerp van onze National Science Foundation-subsidie, Engineering insectenogen .
Ideeën lenen uit de natuur is een trotse traditie in de techniek. En waarom niet? Natuurlijke selectie heeft organismen al minstens 3,5 miljard jaar gevormd. Wanneer zijn doelen en die van ons overeenkomen, zoals ze deden met de bramen van de klisfabriek en de gedeelde wens van de Zwitserse ingenieur George de Mestral om het ene object aan het andere te bevestigen, uitvindingen zijn geboren .
De andere natuurlijke toepassingen van haar reiken veel verder dan stof: speldenkussentjes op nanoschaal op de vleugels van krekels zijn zo klein en scherp dat bacteriën eruit springen als waterballonnen. Zeeotterbont is extreem dicht, waterafstotend en biedt uitstekende isolatie. De snorharen van katten en knaagdieren zijn uitstekende zintuiglijke apparaten. Lang kort, vlas of waxen , is haar onmiskenbaar een belangrijk doelwit voor biomimicry.
Tot slot dagen Hu en Amador het heersende paradigma van de iFuture uit en bieden in plaats daarvan een veel behaarder beeld van een techno-utopie:
We stellen ons typisch toekomstige robots voor die bedekt zijn met gladde glanzende oppervlakken, zoals een met chroom gepolijste auto. Maar in de natuur zijn gladde oppervlakken nauwelijks de norm. Toekomstige tafelbladen kunnen palen van nano-formaat hebben die bij contact bacteriën uitrekken en doden. Robotrovers kunnen bedekt zijn met haren die hun omgeving detecteren, deeltjes ophangen en eenvoudig schoonmaken mogelijk maken. Inderdaad, de toekomst ziet er misschien nogal harig uit.