Einfach kopieren Natur ist No Way to Succeed am Inventing – nur Fragen, Leonardo da Vinci (Op-Ed)

Dieser Artikel erschien ursprünglich in The Conversation. Die Publikation beigetragen Artikel Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Woher kommen die Erfindungen? Es gibt kein Patentrezept, aber es gibt Möglichkeiten, Ihre Kreativität zu verbessern. Eine Methode ist, die Natur betrachten. Manche nennen diese Aktivität Bionik, andere nennen es Biomimetik. Was auch immer Sie es nennen, es ist ein großes Geschäft: in den letzten Jahren haben wir den Anstieg der Universitätskurse, Instituten und Fachzeitschriften zum Thema gesehen. Der Begriff, was, den ich bevorzuge, ist Bio-inspirierte Design, und hier ist warum.

Wenn es nicht für Vögel, bezweifle ich, dass man selbst gedacht hätte, dass es etwas schwerer als Luft in die Luft abheben möglich sein könnte. Leonardo da Vinci hatte mit seiner Flugmaschine einen detaillierten Entwurf, der auf dem Papier beeindruckend aussieht. Aber es funktioniert nicht.

Mehrere Jahrhunderte vergingen, ehe wir warum realisiert. Der Vogel Flügel führt zwei getrennte Aufgaben, die wichtig sind. Durch seine Form bietet es Aufzug, wenn Luft drüber geht. Und bietet durch seine Bewegungen macht. Der entscheidende Schritt zur Herstellung von Flugzeugen war, diese beiden Funktionen, verlassen die Flügel um die Aufhebung zu tun, sondern übertragen die Potenzfunktion zu einem Motor und Propeller, etwas kein Vogel jemals besessen zu trennen.

Es gibt hier eine wichtige Lektion. Der erste Schritt ist, die Natur nachzuahmen, und der zweite Schritt ist, der Natur-Wege zu verlassen. An einem gewissen Punkt müssen Sie aufgeben, die Liebesaffäre, dump Natur und weiterziehen. Das Problem ist, dass einfach die Natur zu kopieren funktioniert nicht.

Hier ist ein Beispiel aus meinem Bereich – strukturelle Materialien. Knochen sind ein ausgezeichnetes Material, die Unterstützung und Kraft. Derzeit können wir Materialien machen, die eine interne Knochenstruktur zu reproduzieren. Aber selbst wenn wir könnten, wir wären nicht Nutzungszeit in Kunstbauten aus vielen Gründen.

Erstens Natur kann mit Scheitern leben, aber wir können nicht. Bei der Entwicklung einer Komponente für ein Auto oder Flugzeug, wir müssen sicherstellen, dass die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der, dass ein Teil pro Jahr so etwas wie ein in 1 Million ist. Weil ein Fahrzeug Tausende von Teilen hat und soll bis zum letzten für zehn Jahre ohne Totalausfall.

Aber die Natur ist glücklich, mit viel höheren Ausfallraten zu arbeiten: die Chance auf einen Knochen zu brechen, wenn Sie einen Affen in freier Wildbahn sind ist etwa 2 % pro Knochen pro Jahr. Wenn Ingenieure für diesen Standard gearbeitet würde sie bald nach einem anderen Job suchen. Der Grund für diesen Unterschied ist, dass für die Natur das Scheitern eines Individuums nicht von Bedeutung. Was zählt, ist das Überleben der Spezies. So ist die Natur verschwenderisch individuellen Lebens, in einer Weise, die wir risikoscheue Menschen tolerieren.

In einem jüngst veröffentlichten Papier, veröffentlicht im Journal of Mechanical Engineering Science halte ich einige Bio-inspirierte Konzepte. Eine ist die Arbeit der deutschen engineering Claus Mattheck. Sein Buch Design in der Natur: Lernen von Bäumen ist ein Klassiker auf Biomimetik. Mattheck des lebenslangen Liebesaffäre mit Bäumen führte zu viele wichtige Innovationen in der Konstruktion.

Eine davon ist der Auffassung der Kreuzung, wo der Ast eines Baumes Stamm trifft. Mattheck, sagte, dass die Krümmung um diese Kreuzung sehr geschickt entworfen wurde, um die Konzentration von Stress zu minimieren, die auftritt, wenn Ingenieure versuchen, die gleiche Form zu entwerfen. Er schlug vor, dass der Baum empfindlich auf Stress und so, wie es wuchs, würde absichtlich statt Material so Stress zu minimieren. Entwickelte er ein Computerprogramm, Baumwachstum zu simulieren, und das Ergebnis war eine fantastische Verringerung Spannungskonzentration, schlanker Komponenten ermöglicht. Dies ist wichtig, weil rasieren ein paar Prozent Rabatt das Gewicht einer Komponente in einem Auto geringere Materialkosten, weniger Kraftstoffverbrauch, weniger CO₂ -Emissionen und so weiter bedeutet.

Aber wenn ich gehen und tatsächlich Bäume schauen, ich glaube nicht, dass Mattheck stimmt. Ich glaube nicht Bäume tun was er denkt, dass sie tun, und beweist es wäre ziemlich schwierig. Aber natürlich ist es egal, ob Sie Bedenken, dass die Natur nur der Ausgangspunkt, nicht das Ziel der Übung war.

Ein weiteres Beispiel ist die jüngste Nachricht, dass Wissenschaftler haben entdeckt, ein Tier, das schneller als alle anderen läuft – und es eine Milbe ist. Die Geschichte – zweifellos verzerren die ursprüngliche Wissenschaft – war, dass diese Milbe schneller läuft als ein Gepard wenn Sie messen in Bezug auf wie viele Körperlängen es Geschwindigkeit pro Sekunde umfasst.

Der Bericht prognostiziert, dass dieses faszinierende Ergebnis durch englischsprachige verwendet wird, um die Konstruktion zu verbessern. Nun, wird vielleicht wird es, wenn ja die Inspiration jedoch das Gegenteil von dem, was es scheint. Es ist bekannt, dass kleinere Tiere schneller laufen können, wenn gemessen an Körpergröße – sogar die bescheidenen Schabe schlägt der Gepard auf diese Maßnahme. Aber ein einfaches biomechanisches Modell anwenden der entsprechenden Skalierungsgesetze würde vorschlagen, dass alle Tiere mit der gleichen absoluten Geschwindigkeit, nicht die gleiche relative Geschwindigkeit ausgeführt werden sollte. So werden die Inspiration hier kommen Fragen, "Warum sind die kleinen Kerle so langsam?".

Natur kann eine wunderbare muse, einen ausgezeichneten Ausgangspunkt für die Entwicklung eines neuen technischen Gerät oder Material, aber machen Sie nicht den Fehler zu denken, dass die Natur für Sie bereits Ihre Probleme gelöst hat.

David Taylor nicht funktioniert für, zu konsultieren, eigene Anteile an oder von einem Unternehmen oder einer Organisation, würde profitieren von diesem Artikel, und hat keine relevanten Zugehörigkeiten, finanziert.

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