Idealne systemy na wyciągnięcie ręki. Jak startupy czerpią wzorce z natury?

Biomimetyka (inaczej bionika bądź biomimikra) to nauka, której głównym założeniem jest badanie procesów zachodzących w środowisku naturalnym i zasady działania organizmów żywych oraz adaptowanie ich w różnych dziedzinach inżynierii (m.in w automatyce, informatyce, elektronice, mechanice i budownictwie).

Startupy często opierają swoją innowacyjność właśnie na bionice. Jednak, wbrew pozorom nie jest to młoda dziedzina nauki. Już Leonardo da Vinci wzorował swoje projekty (m.in. samolotów i okrętów) na zjawiskach zachodzących w przyrodzie.

Ciężko dorównać idealnemu systemowi środowiska naturalnego. Mimo to startupowe projekty biomimetyczne fascynują i zadziwiają. Matka natura daje nam gotowe rozwiązania, które sprawdzają się od tysięcy lat, dlatego biomimetykę można śmiało traktować jako drogę do optymalizacji wielu obszarów przemysłu i nie tylko.

Przemysł oparty na bionice

Jednym z liderów we wdrażaniu biomimetycznych rozwiązań jest Bioxegy, czyli francuski startup specjalizujący się w innowacjach dla różnych gałęzi przemysłu, w tym lotnictwa, motoryzacji i opieki zdrowotnej.

Bioxegy może się pochwalić szeroką gamą projektów dostarczanych czołowym producentom działających w powyższych branżach. Jednym z nich jest rozwiązanie z obszaru mechatroniki służące do ochrony i czyszczenia kamer pojazdów autonomicznych. Wzorcem projektu jest błona oczna wielbłądów, która chroni zwierzęta przed piaskiem. Produkt dostarczony francuskiemu producentowi samochodów pozwolił aż dziesięciokrotnie zredukować zużycie wody.

Ponadto, startup współpracuje m.in. z Safran Helicopter Engines, czyli producentem silników dedykowanych do helikopterów. Bioxegy rozwija swoją wiedzę z zakresu inżynierii materiałowej (np. tworzenie powierzchni nieprzywierających na podstawie Dzbanecznika Alata), detekcji (np. systemy przewidywania trajektorii i wykrywania przeszkód wzorowany na ważkach) oraz w wielu innych obszarach.

Wentylatory wzorowane na kolibrach

Amerykański startup Bimitech stworzył wentylator dedykowany do chłodzenia oświetlenia LED. Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie fakt, że wentylator odwzorowuje fizjonomię kolibra. Jest to zrealizowane za pomocą skrzydła przymocowanego do membrany.

https://www.youtube.com/watch?v=Kw8QB5if_8g&feature=emb_title

Produkt Bimitech góruje nad tradycyjnymi wentylatorami praktycznie w każdym aspekcie. Profil przepływu powietrza jest jednolity. W innowacyjnym projekcie nie występuje tak zwana strefa martwego powietrza, która jest jednym z mankamentów tradycyjnych rozwiązań.

W wentylatorze biomimetycznym nie ma silnika, czego efektem jest cicha praca urządzenia. Co więcej, jest on pięciokrotnie lżejszy niż wentylator obrotowy. Wynika to z zastosowania lekkich materiałów klasy lotniczej i usunięcia zbędnych cewek miedzianych.

Kształt wentylatora można elastycznie dostosować do konkretnych zastosowań. W przypadku większego zapotrzebowania na moc chłodzącą, istnieje możliwość równoległego zastosowania kilku wentylatorów opracowanych przez startup.

Innowacyjne oczyszczanie ścieków

Indyjski startup EcoSTP dokonał w przełomu w oczyszczaniu ścieków. Stało się to za sprawą produktu, którego zasada działania jest wzorowana na żołądku krowy. Dokładnie, chodzi o proces przekształcania trawy w mleko.

Oczyszczalnie, tak jak żołądek zwierzęcia posiadają cztery komory. Ich głównymi elementami są mikroorganizmy, rośliny i żwir. Podziemne komory czyszczące pracują bez wsparcia energii elektrycznej i chemikaliów.

Projekt EcoSTP został doceniony przez ONZ, jako czynnik napędzający zrównoważony rozwój Azji.

Podwodna komunikacja

Delfiny są w stanie komunikować się ze sobą nawet na odległość 25 kilometrów. Doskonale radzą sobie ze środowiskiem, które zakłóca i rozprasza fale dźwiękowe. Zjawiskiem tym zainteresowała się firma EvoLogics.

Naśladując unikalną akustykę modulującą częstotliwość delfinów, startup EvoLogics opracował podwodny modem do transmisji danych. Jest on obecnie używany w systemie wczesnego ostrzegania przed tsunami na całym Oceanie Indyjskim.

Biomimetyczne wykrywanie nieszczelności rurociągów

Współczesne aglomeracje miejskie są wyposażone w rozwiniętą sieć wodociągową. Utrzymanie odpowiedniego stanu technicznego rur często jest pracochłonne i wymaga dużych nakładów finansowych.

Innowacyjne rozwiązanie w tym obszarze zaproponował startup Watchtower. Amerykanie stworzyli robota, którego zadaniem jest wykrywanie wszelkich nieszczelności w systemie. Robot obniża koszty całego procesu aż o 90%, jednocześnie gwarantując pięciokrotnie wyższą wydajność.

Źródło: https://cheddar.com/

Robot stworzony przez Watchtower jest wzorowany na zwierzętach żyjących w głębinach oceanów. Pierwszym z nich jest Astyanax, czyli ślepa ryba jaskiniowa. Posiada ona wrodzony system wykrywający zmiany ciśnienia wody. Jest on zbudowany z neuromastów, składających się z komórek rzęsatych pokrytych galaretowatą osłoną. Zmiany ciśnienia powodują ich zginanie.

Robot jest wyposażony w silikonowe klapki, które dokładnie imitują działanie neuromastów. Czujniki odbierają sygnał wysyłany przez klapki identyfikując zmiany jako potencjalny wyciek.

Inżynierowie Watchtower, tworząc robota wzorowali się na systemie pływania meduz księżycowych. Meduza to jeden z najbardziej wydajnych pływaków w oceanie. Zawdzięczają to swojej specyficznej budowie, a konkretnie charakterystycznym parasolom.

Robot został wyposażony w podobne elementy, dzięki czemu jest napędzany przez ciśnienie panujące w rurach. W efekcie, produkt Watchtower może się sprawnie poruszać bez zużywania energii.

Korpus robota został stworzony na wzór ośmiornic. Nie posiada on sztywnych elementów, dzięki czemu może zginać się na różne sposoby, a nawet skurczyć się do 50% swojego pierwotnego rozmiaru, umożliwiając manewrowanie w złożonych sieciach rurociągów.

Nowoczesna eksploracja mórz i oceanów

W ostatnich miesiącach głośno było o polskim produkcie bionicznym. Wszystko za sprawą startupu NOA Marine. Krakowska firma zaprojektowała drona głębinowego wzorowanego na fizjonomii płaszczki.

Zadaniem drona jest gromadzenie danych bez udziału człowieka. Docelowo, będzie on przygotowany nawet na półroczną pracę bez przerwy. Jest to możliwe dzięki pływającym stacjom dokującym, które do zasilania urządzenia będą wykorzystywały energię słoneczną i wiatrową. Stacje będą pełniły także funkcję odbiornika danych zgromadzonych przez drona.

NOA Sentinel to pojazd wyposażony w czujniki, sonary i sondy, analizujące próbki wody oraz powierzchnię dna. Dużą zaletą urządzenia ma być jego zeroemisyjność.

Rozwiązania bioniczne wokół nas

Często nie zdajemy sobie sprawy, jak wiele urządzeń codziennego użytku jest wzorowanych na funkcjonowaniu środowiska naturalnego. Biomimikra już nieraz pozwalała przekroczyć kolejną granicę inżynierii.

Doskonałym przykładem tego jest Shinkansen, czyli jeden z najszybszych pociągów na świecie. Pierwsze modele pojazdu miały mankament w postaci hałasów generowanych podczas wjeżdżania do tuneli.

Główny konstruktor pociągu znalazł na to sposób obserwując zimorodka, który efektywnie przemieszcza się między środowiskami o zróżnicowanym ciśnieniu. Jego charakterystycznemu nurkowaniu towarzyszy minimalny plusk. To zainspirowało twórcę Shinkansen.

Czoło pociągu zostało zaprojektowane na wzór dziobu ptaka, co umożliwia mu bezdźwięczne przemieszczanie się między tunelami a przestrzenią otwartą. Dodatkowo, prędkość pociągu wzrosła o 10% a zużycie energii spadło o 15%.

Natura jest wzorcem, z którego warto czerpać pełnymi garściami. Zaprojektowanie idealnych systemów, nadal wykracza poza granice naszych możliwości ale wraz z postępem technologicznym, idealne odtworzenie środowiska naturalnego w inżynierii jest coraz bardziej realne.