Первое, что вы заметите в отделе энтомологических коллекций, отделе чешуекрылых, в Музее естественной истории Смитсоновского института, - это слабый, неуловимо знакомый запах. Нафталиновые шарики. Я кратко рассмотрел космическую иронию нафталиновых шариков в комнате, полной моли (и бабочек, линия моли, эволюционировавшая в течение дня), прежде чем повернуться к Бобу Роббинсу, исследовательскому энтомологу. «Есть много насекомых, которые будут есть сушеных насекомых, - сказал он, - поэтому традиционно вы не пускали этих вредителей, используя нафталин или нафталиновые шарики».
Из этой истории
[×] ЗАКРЫТЬ
Ученые считают, что радужные крылья бабочки морфоса могут быть использованы в технологиях на благо людей
Видео: как крылья бабочки вдохновляют на инновации
Связанный контент
- Этот материал в духе раковины может сделать шлемы и бронежилет более безопасными
- Дизайн самолета, вдохновленный природой и использующий технологии
- Ученые создают робота, похожего на червя
- Когда животные вдохновляют изобретения
- Как природа делает нас умнее
Нафталиновые шарики были сняты с производства (в пользу замораживания новых образцов, чтобы убить всех вредителей), но этот затяжной запах, а также бесконечные ящики с насекомыми, заколотые под стеклом и аккуратно выстроенные в ряд за рядом стальных шкафов для таксономического потомства, только усиливает чувство возраста в замкнутом пространстве. Время, кажется, стоит так же, как миллионы образцов.
Но поры в этих ящиках, через точно расположенные эскадрильи ласточкиных хвостов и закатных бабочек, и начинает формироваться другая идея: это не бездействующее хранилище, а лаборатория, которая исследует необычайно успешное предприятие. За 150 миллионов лет эти «продукты» были безжалостно прототипированы, протестированы на рынке, модернизированы, усовершенствованы и иным образом обновлены и улучшены по мере изменения мира вокруг них. Каждый из этих хрупких образцов представляет собой пакет инноваций, ожидающих понимания и адаптации.
Это идея, стоящая за все более влиятельной дисциплиной биомимикрии: что мы, люди, которые пытались создавать вещи только в мгновение ока эволюции, должны многому научиться у длительных процессов естественного отбора, будь то как сделать крыло более аэродинамичным, город более устойчивым или электронный дисплей более ярким. Более десяти лет назад выпускник MIT по имени Марк Майлз занимался микроэлектромеханической обработкой и обработкой материалов. Просматривая научный журнал, он был остановлен статьей о том, как бабочки создают цвет на своих крыльях. Например, блестящий переливающийся синий различных видов морфо происходит не от пигмента, а от «структурного цвета». На этих крыльях имеется наноуровневая совокупность плиточных пластин, форма и расстояние между которыми расположены точно по рисунку, который разрушает длины волны отраженного света для получения яркого синего. Для создания того же синего цвета из пигмента потребуется гораздо больше энергии - энергии, лучше используемой для полета, кормления и размножения.
Майлз задумался, можно ли каким-то образом использовать эту возможность. Где еще вы хотите получить невероятно яркие цвета в тонкой упаковке? Конечно: на дисплее электронного устройства. Компания Qualcomm, которая приобрела компанию, созданную Майлзом для разработки технологии, использовала ее на своем дисплее Mirasol. «Мы используем явления оптических помех», - говорит Брайан Галли, старший директор по управлению продуктами в Qualcomm. Под стеклянной поверхностью скрывается огромное количество интерферометрических модуляторов, в основном микроскопических (квадрат от 10 до 50 микрон) зеркал, которые перемещаются вверх и вниз в микросекундах для создания правильного цвета.
Как и крылья бабочки, «дисплей воспринимает окружающий белый свет, белый свет или солнечный свет, и через помехи отправит нам обратно цветное изображение», - говорит Галли. В отличие от обычных ЖК-экранов, Mirasol не должен генерировать собственный свет. «Яркость дисплея автоматически изменяется в зависимости от освещенности». В результате Mirasol потребляет десятую часть мощности считывателя ЖК-дисплея. Qualcomm использовала дисплей в электронном ридере и предлагает его для лицензирования другим компаниям.
Хотя биомимикрия вдохновляла человеческие инновации на протяжении десятилетий - одним из наиболее часто упоминаемых примеров является липучка, которую швейцарский инженер Жорж де Местрал запатентовал в 1955 году после изучения того, как боры прилипли к его одежде, - лучшие технологии и более тонкие исследования позволили сделать все более сложные адаптации, Программное обеспечение для проектирования, созданное немецким исследователем Клаусом Маттеком и используемое в автомобилях Opel и Mercedes, отражает способы, которыми деревья и кости распределяют прочность и нагрузки. Вентилятор, созданный Pax Scientific, заимствует у моделей водоворот водорослей, наутилуса и колосьев для более эффективного перемещения воздуха. В орошаемой соленой водой теплице в катарской пустыне будут использоваться уловки конденсации и испарения, полученные из носа верблюда. Теперь, отчасти благодаря постоянным инновациям в области наноразмерного производства, производители выводят на рынок все более широкий ассортимент продукции.
Биомимикрия сама по себе не является продуктом, а процессом, использующим природные организмы и процессы для того, чтобы стимулировать инновации. По словам Тима МакГи, биолога и члена Biomimicry 3.8, консалтинговой компании в Монтане, организации и даже города могут искать экосистемы для вдохновения. В Лавасе, которую застройщики, которые надеются построить дома для более чем 300 000 человек, называют «первым запланированным городом холмов в Индии», гильдия консультировалась с ландшафтными архитекторами. Таким образом, стратегия посадки включала в себя лиственные деревья, формирующие навес, чтобы поймать, а затем отразить, испаряясь, почти треть муссонных дождей, которые попадают в него. Этот эффект действует «как двигатель, который приводит муссоны вглубь страны», говорит МакГи, что помогает предотвратить засуху. Гидродинамически эффективная форма листьев баньянового дерева повлияла на конструкцию лучшего водоразбавляемого кровельного черепицы, в то время как системы отвода воды были вдохновлены тем, как муравьи-уборщики направляют воду от своих гнезд. Первый «город» Лавасы был завершен, и к 2020 году ожидается еще четыре.
Все говорят о том, как уменьшить воздействие на человека или добиться «чистого нуля». Но природа, говорит МакГи, обычно идет на один шаг дальше: «Почти никогда нет чистого нуля - выход этой системы, как правило, полезен для всего вокруг нее». Что если бы мы могли построить наши города таким же образом? «Что если в Нью-Йорке, когда шел дождь, вода, которая попала в Ист-Ривер, была чище, чем когда она упала?» А что, если, когда загорелись леса, пламя можно было потушить с помощью средств, которые не зависели на токсичные вещества? «Природа создает антипирены, которые не токсичны», - отмечает МакГи. «Почему мы не можем?»
В течение многих лет исследователи сосредоточились на химии антипиренов, безрезультатно. Но, возможно, естественные процессы могут предложить какой-то путь к инновациям в лаборатории, говорит МакГи. Возможно, именно так шишки сосны открываются перед лицом жары (чтобы размножение происходило даже тогда, когда огонь уничтожает лес), или как эвкалиптовые деревья сбрасывают отдельные куски быстро горящей коры, чтобы всасывать кислород и отводить огонь от основной части. хобот. Хайме Грюнлан, инженер-механик из Texas A & M, разработал огнестойкую ткань, в которой используется хитозан, возобновляемый материал, взятый из раковин омаров и креветок (и химический родственник хитина в крыльях бабочек), для создания нанослойного полимерного покрытия. при нагревании образует углеродную «оболочку», защищающую ткань.
Lepidoptera олицетворяет собой некоторые из проблем, которые на протяжении многих тысячелетий создавались на рабочем месте природы. В эволюционном призыве и реакции между добычей и хищником многие мотыльки развили способность обнаруживать ультразвуковые щелчки летучих мышей, а некоторые даже могут посылать запутанные контрсигналы. Крылья бабочки имеют тенденцию быть черными ближе к их телам, чтобы помочь захватить высокую температуру. Эти крылья покрыты стойким к загрязнению покрытием - они самоочищаются. Декоративные «глаза» на этих крыльях, предназначенные для отпугивания хищников, часто располагаются около края, чтобы минимизировать повреждение крыла, если укушена бабочка.
И еще есть цвет - о чем мы думаем, когда думаем о бабочках. «Люди называют их летающими цветами», - говорит Роббинс. В то время как некоторые используют цвет для маскировки, наиболее яркие виды идут другим путем, рекламируя свою токсичность для потенциальных хищников на ярком дисплее. Автор Дэвид Кваммен называет их «бимбо природного мира», «эволюционный эксперимент в явном декоративном избытке». В целом, пишет Кваммен, бабочки «представляют собой идеал сладости и нежной грации, который кажется почти невинным для всей беспощадной эволюционной свободы». для всех ». И есть огромное вдохновение, ожидающее полета на этих тонких крыльях.
Исследователи из шанхайского университета Цзяо Тонг, вдохновленные птицами-крылатыми птицами - чёрная область их крыльев позволяет почти полностью поглощать свет, удерживая тепло, - создают структурно подобную супер-черную аморфную углеродную пленку, чтобы помочь создать более эффективные солнечные технологии. Проект под названием NOtES, созданный в результате исследований в Университете Саймона Фрейзера в Британской Колумбии, использует наноразмерные структуры, создающие световые помехи, для создания штампа, защищающего от подделок, который сложнее взломать, чем голограмма, и который можно «напечатать» не только на банке. заметки, но на целый ряд других объектов. Метки радиочастотной идентификации (RFID), которые используются для всего, от отслеживания инвентаря до определения характеристик шин, обычно плохо работают в экстремальных условиях, особенно там, где есть вода или металл. И поэтому компания Omni-ID адаптировала принцип помех для создания более надежного RFID, используя крошечные металлические шкалы в метках для улучшения передачи радиосигналов.
Учитывая, что Morpho использует цвет, чтобы привлечь внимание, кажется уместным, что бабочка также вдохновила человеческую моду. Донна Сгро, модельер из Сиднея, Австралия, и самопровозглашенный «случайный чешуекрылый», создали три платья из ткани под названием Morphotex, без пигмента, переливающегося синего материала, который окрашивает свой цвет от оптических помех. Сгро говорит, что, хотя Morphotex устраняет необходимость в красителях (и, следовательно, потенциально имеет меньший экологический след), ее интерес выходил за рамки обычного «подхода к решению проблем типа решения», которому склонны следовать биомимисты. В конце концов, мода - это больше, чем просто потребность в одежде. Как способ, которым природа использует эстетику, может информировать нас? Сгро сейчас учится на доктора философии в области биомимикрии и моды в Королевском институте моды в Мельбурне.
Роббинс и я покинули центр коллекций Музея естественной истории и пошли в соседний Павильон бабочек, и это было похоже на чешуекрылую любовь. Женщина наклонила свой смартфон, чтобы сфотографировать монарха, питающегося цветком. Японская туристка воскликнула, когда Перламутровый Залив приземлился на ее сумку через плечо. Ребенок взвизгнул, когда пелайд Морфо медленно взмахнул своими переливающимися синими крыльями. Нелегко представить эту сцену, происходящую с любым другим насекомым; справедливо или нет, мы не посещаем грязные или муравьиные павильоны.
Я спросил об особой привлекательности этих насекомых. «Они не жгут, они не кусают», - сказал он. «Те, кого люди видят, в целом красивы. Некоторые из них вредны в сельском хозяйстве, но они довольно дружелюбные парни, и они чертовски красивее, чем большинство других насекомых ». Если бы я только подумал, люди теперь могли бы понять, насколько полезна вся эта красота.
