Biomimicry oder biomimetics sind die Überprüfung von Natur, seinen Modellen, Systemen, Prozessen und Elementen, um mit Inspiration davon wettzueifern oder sie zu nehmen, um menschliche Probleme zu beheben. Der Begriff biomimicry und biomimetics kommen aus den griechischen Wörtern bios, Leben und mimesis bedeutend, bedeutend, zu imitieren. Andere gebrauchte Begriffe sind Bionik, Lebensinspiration und biognosis.

Durch den Kurs von 3.8 Milliarden Jahren ist Natur einen Prozess der Probe und des Fehlers durchgegangen, die lebenden Organismen, Prozesse und Materialien auf dem Erdball zu raffinieren. Das erscheinende Feld von biomimetics hat Anstiege neuen Technologien gegeben, die von der biologisch inspirierten Technik sowohl in der Makroskala als auch in den nanoscale Niveaus geschaffen sind. Biomimetics ist nicht eine neue Idee. Menschen haben auf die Natur für Antworten sowohl auf den Komplex als auch auf die simples Probleme seit unserer Existenz geschaut. Natur hat viele heutige Technikprobleme wie hydrophobicity, Windwiderstand, Selbstzusammenbau und das Anspannen der Sonnenenergie durch die Entwicklungsmechanik von auswählenden Vorteilen behoben.

Geschichte

Eines der frühen Beispiele von biomimicry war die Studie von Vögeln, um menschlichen Flug zu ermöglichen. Obwohl nie nicht erfolgreich, im Schaffen einer "Flugmaschine" war Leonardo da Vinci (1452-1519) ein kluger Beobachter der Anatomie und Flug von Vögeln, und hat zahlreiche Zeichen und Skizzen auf seinen Beobachtungen sowie Skizzen von verschiedenen "Flugmaschinen" gemacht. Wright Brothers, die schließlich geschafft hat, das erste Flugzeug 1903, auch abgeleitete Inspiration für ihr Flugzeug von Beobachtungen von Tauben im Flug zu schaffen und es zu fliegen.

Otto Schmitt, ein amerikanischer Akademiker und Erfinder, hat den Begriff biomimetics ins Leben gerufen, um die Übertragung von Ideen von der Biologie bis Technologie zu beschreiben. Der Begriff biomimetics ist nur ins Websters Wörterbuch 1974 eingegangen und wird als "die Studie der Bildung, Struktur oder Funktion biologisch erzeugter Substanzen und Materialien (als Enzyme oder Seide) und biologische Mechanismen und Prozesse (als Protein-Synthese oder Fotosynthese) besonders zum Zweck definiert, ähnliche Produkte durch künstliche Mechanismen zu synthetisieren, die natürliche nachahmen".

1960 wurde der Begriff Bionik vom Psychiater und Ingenieur Jack Steele ins Leben gerufen, um "die Wissenschaft von Systemen zu bedeuten, die etwas von der Natur kopierte Funktion haben". Bionik ist ins Wörterbuch von Webster 1960 als "eine Wissenschaft eingegangen, die mit der Anwendung von Daten über die Wirkung von biologischen Systemen zur Lösung von Technikproblemen betroffen ist". Der bionische Begriff hat auf einer verschiedenen Konnotation genommen, als Martin Caidin in Jack Steele und seiner Arbeit im neuartigen "Cyborg" Verweise angebracht hat, der später auf die 1974-Fernsehreihe "Der Mann von Sechs Millionen Dollar" und seine Nebenprodukte hinausgelaufen ist. Der Begriff bionisch ist dann verbunden mit 'dem Gebrauch elektronisch bedienter künstlicher Körperteile' und 'der Erhöhung gewöhnlicher menschlicher Mächte durch oder als ob durch die Hilfe solcher Geräte' geworden. Weil der bionische Begriff auf der Implikation der übernatürlichen Kraft genommen hat, hat die wissenschaftliche Gemeinschaft in englischen Sprechen-Ländern es größtenteils aufgegeben.

Der Begriff biomimicry ist schon in 1982 erschienen. Der Begriff biomimicry wurde vom Wissenschaftler verbreitet, und Autor Janine Benyus schreiben ihren 1997 Biomimicry ein: Durch die Natur Inspirierte Neuerung. Biomimicry wird in ihrem Buch als eine "neue Wissenschaft definiert, die die Modelle der Natur studiert und dann imitiert oder Inspiration von diesen Designs und Prozessen nimmt, um menschliche Probleme zu beheben". Benyus schlägt vor, auf Natur als ein "Modell, Maß und Mentor" zu achten, und betont Nachhaltigkeit als ein Ziel von biomimicry.

Der San Diego Zoo hat seine biomimicry Programme 2007 angefangen, und hat kürzlich eine Wirtschaftseinfluss-Studie beauftragt, das Wirtschaftspotenzial von biomimicry zu bestimmen. Der Bericht war betitelter Biomimicry: Ein Wirtschaftsspielwechsler und geschätzt, dass biomimicry einen jährlichen Einfluss von $ 300 Milliarden auf die US-Wirtschaft, plus haben würde, fügt zusätzliche $ 50 Milliarden in der Umweltwiedervermittlung hinzu.

Nanobiomimicry

Die biologische Imitation von nano und Makroskala-Strukturen und Prozessen wird nanobiomimicry genannt. Natur stellt eine große Vielfalt von nano-großen Materialien zur Verfügung, die sich als potenzielle Schablonen für die Entwicklung von neuen Materialien, wie Bakterien, Viren, Kieselalgen und biomolecules bieten. Durch die Studie von nanobiomimicry sind Schlüsselbestandteile von nanodevices wie nanowires, Quant-Punkte und nanotubes auf eine effiziente und einfache Weise wenn im Vergleich zu herkömmlicheren Steindrucktechniken erzeugt worden. Viele dieser biologisch abgeleiteten Strukturen werden dann in Anwendungen für photovoltaics, Sensoren, Filtrieren, Isolierung und medizinischen Gebrauch entwickelt. Das Feld von nanobiomimetics ist hoch mehrdisziplinarisch, und verlangt Kollaboration zwischen Biologen, Ingenieuren, Physikern, materiellen Wissenschaftlern, nanotechnologists und anderen zusammenhängenden Feldern. Im letzten Jahrhundert hat das wachsende Feld der Nanotechnologie mehrere neuartige Materialien erzeugt und Wissenschaftlern ermöglicht, nanoscale biologische Repliken zu erzeugen.

Herstellung

Biomorphic mineralization ist eine Technik, die Materialien mit Morphologien und Strukturen erzeugt, die denjenigen von natürlichen lebenden Organismen durch das Verwenden von Lebensstrukturen als Schablonen für mineralization ähneln. Im Vergleich zu anderen Methoden der materiellen Produktion biomorphic ist mineralization oberflächlich, umweltsmäßig gütiger und wirtschaftlicher Biomorphic mineralization macht effizienten Gebrauch von natürlichen und reichlichen Materialien wie Kalzium, Eisen, Kohlenstoff, Phosphor und Silikon mit der Fähigkeit dazu, Biomasse-Verschwendung in nützliche Materialien zu verwandeln. Schablonen sind auf biologischen nanoparticles wie DNA, Viren, Bakterien zurückzuführen gewesen, und peptides kann nicht eingeordneten anorganischen nanoparticles in komplizierten anorganischen nanostructures umgestalten. Biologisch abgeleitete nanostructures werden normalerweise mit entweder chemischen oder physischen Techniken fabriziert. Typische chemische Herstellungstechniken sind das Plasmasprühen, die Plasmaimmersionion-Implantation & die Absetzung (PIII&D), Sol-Gel, chemische Dampf-Absetzung (CVD), physische Dampf-Absetzung (PVD), das kalte Sprühen, der Selbstzusammenbau und so weiter, wohingegen in der physischen Modifizierung Techniken das Laserätzen, das Schuss-Starten, den physischen Überzug, und die physische Eindampfung und die Absetzung usw. Methoden der Herstellung mit dem hohen Durchfluss, minimalen Umweltschaden einschließen, und nach niedrigen Kosten hoch gesucht wird.

Biologisch begeisterte Technik

Der Gebrauch von biomineralized Strukturen ist riesengroß und ist auf den Überfluss an der Natur zurückzuführen gewesen. Davon, die Nano-Skala-Morphologie von lebenden Organismen zu studieren, sind viele Anwendungen durch die mehrdisziplinarische Kollaboration zwischen Biologen, Chemikern, Bioingenieuren, nanotechnologists, und materiellen Wissenschaftlern entwickelt worden.

Nanowires, Nanotubes und Quant-Punkte

Ein Virus ist eine nichtlebende Partikel im Intervall von der Größe von 20 bis 300 nm Kapseln, die genetisches Material enthalten, das verwendet ist, um seinen Gastgeber anzustecken. Die Außenschicht von Viren ist entworfen worden, um bemerkenswert robust und dazu fähig zu sein, Temperaturen nicht weniger als 60 C zu widerstehen und stabil in einer breiten Reihe der PH-Reihe 2-10 (Tong-Xiang) zu bleiben. Virencapsids kann verwenden, um mehrere nano Gerät-Bestandteile wie nanowires, nanotubes, und Quant-Punkte zu schaffen. Röhrenförmige Virus-Partikeln wie das Tabakmosaikvirus (TMV) können als Schablonen verwendet werden, um nanofibers und nanotubes zu schaffen, da sowohl die inneren als auch Außenschichten des Virus Oberflächen beladen werden und nucleation des Kristallwachstums veranlassen können. Das wurde durch Dujardin. obwohl die Produktion von Pt und Au nanotubes mit TMV als eine Schablone demonstriert. Shenton Douglas, ein Forscher von der Staatlichen Universität von Montana, hat demonstriert, dass die mineralized Virus-Partikeln verschiedenen PH-Werten durch das Mineralisieren die Viren mit verschiedenen Materialien solches Silikon, PbS und CdS widerstehen konnten und deshalb als nützliche Transportunternehmen des Materials dienen konnten. Ein kugelförmiges Pflanzenvirus hat cowpea chloric genannt Fleck-Virus (CCMV) hat interessante dehnbare Eigenschaften, wenn ausgestellt, zu Umgebungen des pH höher als 6.5. Über diesem ph, 60 unabhängigen Poren mit Diametern beginnen ungefähr 2 nm, Substanz mit der Umgebung auszutauschen. Der Strukturübergang des Virencapsid kann in Biomorphic mineralization für das auswählende Auffassungsvermögen und die Absetzung von Mineralen durch das Steuern des Lösungs-pH verwertet werden. Anwendungen schließen das Verwenden des Virenkäfigs ein, um großen Quant-Punkthalbleiter in der gleichförmigen Form nanoparticles durch eine Reihe des pH zu erzeugen, wäscht sich. Das ist eine Alternative zur apoferritin Käfig-Technik zurzeit hat gepflegt, gleichförmigen CdSe nanoparticles zu synthetisieren. Solche Materialien konnten auch für die ins Visier genommene Rauschgift-Übergabe verwendet werden, da Partikeln Inhalt nach der Aussetzung vom bestimmten pH veröffentlichen.

Anzeigetechnologie

Schmetterling-Flügel von Morpho enthalten Mikrostrukturen, die sein Färben der Wirkung durch die Strukturfarbe aber nicht Pigmentation schaffen. Ereignis-Licht-Wellen werden an spezifischen Wellenlängen widerspiegelt, um vibrierende Farben wegen Mehrschicht-Einmischung, Beugung, dünner Filmeinmischung und sich zerstreuender Eigenschaften zu schaffen. Die Skalen der Schmetterlinge bestehen aus Mikrostrukturen wie Kämme, Quer-Rippen, Kamm-Blättchen und Mikrorippen, die, wie man gezeigt hat, für die Färbung verantwortlich gewesen sind. Die Strukturfarbe ist einfach als die Einmischung wegen Wechselschichten der Nagelhaut und Luft mit einem Modell der Mehrschicht-Einmischung erklärt worden. Dieselben Grundsätze hinter der Färbung von Seifenblasen gelten für Schmetterling-Flügel. Die Farbe von Schmetterling-Flügeln ist wegen der vielfachen Beispiele der konstruktiven Einmischung von dieser Struktur. Die photonic Mikrostruktur der Schmetterling-Flügel kann durch biomorphic mineralization wiederholt werden, um ähnliche Eigenschaften nachzugeben. Die photonic Mikrostrukturen können mit Metalloxyden oder Metall alkoxides wie TiSO4, ZrO2 und Al2O3 wiederholt werden. Wie man fand, hat eine alternative Methode der mit dem Dampf phasigen Oxydation von SiH4 auf der Schablone-Oberfläche feine Struktureigenschaften der Mikrostruktur Jetzt bewahrt, Gesellschaften wie Qualcomm spezialisieren sich auf das Schaffen von Farbenanzeigen mit dem niedrigen auf diesen Grundsätzen gestützten Macht-Verbrauch. Andere Organismen mit ähnlichen Schillern-Eigenschaften schließen Perlmuttmuscheln, Fisch und peafowl ein.

Zusätzliche Beispiele

Forscher haben zum Beispiel die Fähigkeit der Termite studiert, eigentlich unveränderliche Temperatur und Feuchtigkeit in ihren Termite-Erdhügeln in Afrika trotz Außentemperaturen aufrechtzuerhalten, die sich von 1.5 °C bis 40 °C (35 °F zu 104 °F) ändern. Forscher haben am Anfang einen Termite-Erdhügel gescannt und haben 3. Images der Erdhügel-Struktur geschaffen, die Aufbau offenbart hat, der menschliches Baudesign beeinflussen kann. Das Eastgate-Zentrum, eine Mitte Anstieg-Bürokomplex in Harare, Simbabwe, (hervorgehoben in dieser Biomimicry-Institutfallstudie) bleibt kühl ohne Klimatisierung und verwendet nur 10 % der Energie eines herkömmlichen Gebäudes seine Größe.

Das Modellieren echolocation in Fledermäusen in der Dunkelheit hat zu einem Stock für visuell verschlechtert geführt. Die Forschung an der Universität von Leeds, im Vereinigten Königreich, hat zu UltraCane, ein früher verfertigtes Produkt geführt, hat eingekauft und hat durch Sound Foresight Ltd. verkauft

Janine Benyus bezieht sich in ihren Büchern auf Spinnen, die so starke Webseide schaffen, wie Kevlar in kugelsicheren Westen verwendet hat. Ingenieure konnten solch ein Material verwenden - wenn es eine genug lange Rate des Zerfalls - für Fallschirm-Linien, Hängebrücke-Kabel, künstliche Bänder für die Medizin und viele andere Zwecke hatte.

Andere Forschung hat klebenden Leim von Miesmuscheln, Sonnenzellen vorgeschlagen, die wie Blätter, Stoff gemacht sind, der mit Hai-Haut wetteifert, Wasser vom Nebel wie ein Käfer, und mehr erntend. Die am besten 100 der Natur sind eine Kompilation der hundert ersten verschiedenen Neuerungen von Tieren, Werken und anderen Organismen, die erforscht und vom Biomimicry-Institut studiert worden sind.

Eine auf den reflektierenden Eigenschaften von bestimmten morpho Schmetterlingen gestützte Anzeigetechnologie wurde von Qualcomm 2007 kommerzialisiert. Die Technologie verwendet Interferometric Modulation, um Licht so zu widerspiegeln, nur die gewünschte Farbe ist zum Auge in jedem individuellen Pixel der Anzeige sichtbar.

Biomimicry kann auch Designmethodiken und Techniken zur Verfügung stellen, um Technikprodukte und Systeme zu optimieren. Ein Beispiel ist die Wiederabstammung des Gesetzes von Murray, das in der herkömmlichen Form das optimale Diameter des Geäders bestimmt hat, um einfache Gleichungen für das Pfeife- oder Tube-Diameter zur Verfügung zu stellen, das ein minimales Massentechniksystem gibt.

Eine neuartige Technikanwendung von biomimetics ist im Feld der Strukturtechnik. Kürzlich haben Forscher vom schweizerischen Bundesinstitut für die Technologie (EPFL) biomimetic Eigenschaften in einem anpassungsfähigen deployable tensegrity Brücke vereinigt. Die Brücke kann Selbstdiagnose und Selbstreparatur ausführen.

Siehe auch

• Bioinspiration & Biomimetics
• Bionik
• Hellgrüne Umweltschutzbewegung
• EcoCover
• Mercedes-Benz Bionisches Konzeptauto.
• Mimik
• Der Wasserwürfel
• Technogaianism

Weiterführende Literatur

• Thompson, D'Arcy W., Auf dem Wachstum und der Form. 1992-Nachdruck von Dover von 1942 2. Hrsg. (1. Hrsg., 1917).
• Vogel, S., die Tatzen von Katzen und Katapulte: Mechanische Welten der Natur und Leute. Norton & Co. 2000.
• Benyus, J. M. (2001). Vorwärts ist eine Spinne Gekommen. Sierra, 86 (4), 46-47.
• Hargroves, K. D. & Schmied, M. H. (2006). Neuerung, die durch die Natur Biomimicry begeistert ist. Ecos, (129), 27-28.
• Pyper, W. (2006). Emulierung mit Natur: Der Anstieg der Industrieökologie. Ecos, (129), 22-26.
• Schmied, J. (2007). Es ist nur natürlich. Der Ökologe, 37 (8), 52-55.
• Passino, Kevin M. (2004). Biomimicry für die Optimierung, Kontrolle und Automation. Springer.

Links

• Biomimicry Institutwebsite
• Termite-Erdhügel begeistern Bürokomplex von Simbabwe
• Biomimetic Architektur - Biomimicry hat sich für das Gebäude und den Aufbau gewandt
• Fragen Sie Natur - das Biomimicry Designportal: Biomimetics, Architektur, Biologie, Neuerung, die durch die Natur, Industriedesign begeistert ist

Videos

• Michael Pawlyn: Das Genie der verwendenden Natur in der Architektur von TED 2010
• Janine Benyus: Biomimicry in der Handlung von TED 2009
• Janine Benyus: 12 nachhaltige Designideen nach der Natur von TED 2005
• Robert Full zeigt, wie menschliche Ingenieure aus den Tricks von Tieren von TED 2002 erfahren können
• Geschlecht, Velcro und Biomimicry mit Janine Benyus
• Die schnelle Attraktion: Biomimicry von CBS Nachrichten