仿生学10令人难以置信的进步

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所属分类:技术

仿生技术是指寻求自然界解决我们技术问题的科学。您每天都使用仿生技术。例如,魔术贴是在乔治·德·梅斯特拉(George de Mestral)注意到毛刺如何使用微小的钩子粘在狗的皮毛上之后发明的。尽管Velcro太普遍了,无法打动任何人,但近年来,我们使用了完全相同的过程来构建令人难以置信的技术。

10超藤

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在自然界中,蝙蝠最常使用超声波来寻找猎物。它背后的科学非常简单:您发射出声波并记录从某物弹起后回波返回所花费的时间。如果您知道声波传播的速度,则可以测量障碍物的距离。蝙蝠自然会这样做。人类没有。

因此,英国利兹大学的研究人员寻求蝙蝠的灵感来为盲人建造超声波手杖。这个想法很简单,但是他们没有预见到的是人脑对新感觉的接受程度。拐杖通过发出超声波信号,测量回波的响应时间并将该数据转换为拐杖柄中的振动来工作。当物体靠近时,振动会变强。

在对甘蔗进行测试时,他们发现被测对象的大脑很容易接受输入,并开始仅基于通过手掌振动产生的新型空间意识。随着时间的流逝,他们停止有意识地感觉到振动,并建立了周围环境的即时心理图-他们的头脑切开了中间人,以更有效地解释这种感觉。

9群机器人

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哈佛并不是唯一一个致力于赋予机器人相互交流和学习能力的研究组织。新泽西理工学院也正在以蜂巢的心态开发一大批机器人,并且它们已经取得了成功。根据蚂蚁的殖民地行为建模,机器人无需任何编程就可以掌握其他机器人的决策并遵循其行为。

机器人本身看起来并不像蚂蚁,更像是未来派的冰块,但是每个机器人都有两个光传感器,它们像蚂蚁的触角一样,沿路径收集信息素。单个笨拙的机器人只能向前移动并感应光线。每台机器人都由一台投影仪跟踪,该投影仪沿其路径留有光斑,有点像面包屑的痕迹,每当一个机器人跌落在另一个机器人的路径上时,灯光就会变亮。

在实验开始时,所有机器人都随机且混乱地运动。最后,他们沿着一条路汇合成火车。像蚂蚁一样,当他们做不同的事情时,他们不会做出“选择”。所有这些都是基于一个告诉他们遵循特定信号的核心程序的。对于蚂蚁,该信号是其他蚂蚁留下的信息素踪迹。使用群机器人,它很轻。

8自洁涂料

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并非仿生技术的所有进步都与机器人有关。实际上,大多数人不这样做。机器人更有趣。就是说,近年来最有趣的仿生发明之一是仿照荷叶的油漆。

荷叶看上去很光滑,但在微观上,它们被数百万个细小尖峰覆盖。穗状花序通过最小化叶子的表面积来排斥灰尘和水-水由于没有足够的接触以建立吸引力而滚落。以此为模型,一家德国公司开发了一种涂料,该涂料在外部使用了复杂的微观结构,以防止物体粘附到涂料上。在显微镜下,干燥的油漆看起来像是覆盖着雕塑的超现实景观。

污垢颗粒仍会被突起物挡住,但最小的水溅会将其清除。换句话说,涂料本质上是自清洁的。就像荷叶一样,水本身也会滑落。美国宇航局(NASA)也运用莲花的思想为宇航服和漫游者建造涂层,以防止细菌搭便车进入太空

7多面相机

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如果您有一个显微镜,很多时间和一个懒惰的苍蝇,那么您可以数一数家蝇眼中的各个方面。大约有28,000个,每个都有自己的镜头和光感应神经。复眼是大自然的奇妙之一:它们使昆虫能够看到它们周围多达180度的高度,并提供人类只能梦dream以求的深度感。

伊利诺伊大学的研究人员利用这个想法,制造了一个多面相机,该相机由180个镜头组成,每个镜头连接到一个单独的光电探测器。将阵列构建在柔性橡胶垫上,然后将其弯曲成半球形。所有镜头的输入都合并为一个图像,因此您正在查看的是普通图像,而不是一堆监视器。整个东西(包括镜头和电子设备)直径只有一厘米(.4英寸)。

该团队的目标是将这些摄像头用于对机器人无人机进行空中监视。但是即使是固定式摄像机也将是对当前摄像机的巨大改进。将其中两个“臭虫眼”背对背,即可看到360度全景。目前,他们正在研究一种使镜头数量增加一倍的新型号。

6鲨鱼皮涂料

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当迈克尔·菲尔普斯(Michael Phelps)在2004年奥运会上获得六枚金牌时,他穿着由Speedo开发的名为Fastskin的泳衣。Fastskin覆盖着模仿鲨鱼皮的微小颠簸。即使泳装同时被禁止使用并宣布无效,但使用鲨鱼皮作为高科技材料的典范的想法并没有消亡。

鲨鱼的皮肤覆盖着一层称为细齿的重叠碎片。它们看起来像微小的牙齿,并指向鲨鱼的背部。当鲨鱼游动时,细齿的前缘会产生微小的涡流,从而使鲨鱼向前拉动,从而使其游得更快。由于它们弯曲的方式,其他生物(例如藻类和藤壶)无法抓住它。这就是为什么经常发现鲸鱼缠着藤壶,而鲨鱼却从未如此。

美国海军正在研究在潜艇外部使用鲨鱼皮肤启发性涂层的应用,这既可以使其更快,又可以防止贻贝和藤壶堆积在船体上,每年清理费用为5000万美元工作。医院也正在参与其中:加利福尼亚医院的门把手上已经使用一种名为Sharklet的材料来阻止诸如大肠杆菌等病原体形成菌落。最好的部分是,由于它不是化学排斥剂,因此细菌无法建立抵抗力。

5刮刀

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寻找新的体验世界的方式一直植根于动物世界。谢菲尔德大学的科学家们通过制造外观和行为类似于老鼠的机器人,研究了一种感知人类永远不会经历的方法:胡须。被称为SCRATCHBot的机器人的唯一目的是充当最先进的合成晶须的载体,以及可以解释数据并将其投入使用的大脑。

由于老鼠大多是夜行性的,因此它们经常使用胡须而不是视力来导航。在重新创建一组功能性晶须时,研究人员使用了包含霍尔效应传感器(根据电流和磁场来测量电压差的传感器)的玻璃纤维棒。晶须中的小磁铁会提供磁场,当晶须刷在某物上时,传感器会捕获磁铁运动引起的电压变化。这允许SCRATCHBot通过晶须“看到”物体。

老鼠的“大脑”是基于PC的神经模型,它从晶须接收信息,对其进行处理,然后向腿发送命令(向左转,向右转等)。整个设计基于一只非常笨拙的老鼠-它没有高级皮质,但是仍然可以操作基本的运动功能。

4有机太阳能电池

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染料敏化太阳能电池是一种使用特殊形式的染料来捕获太阳能的太阳能电池。当阳光照射到染料上时,它的分子发生反应并产生电能。这些太阳能电池比硅太阳能电池便宜,但是它们有一个问题:染料在短时间后容易分解,从而给您留下了无用的塑料方块。

但是,当植物将阳光转化为能量时,这种染料的机理与自然光合作用中的发现并没有太大不同。因此,北卡罗莱纳州立大学的研究人员开始研究室内植物,以了解使室内植物与众不同的原因。结果是太阳能电池的内部血管系统使染料循环通过分支的静脉网络。当染料降解到不再产生电力的程度时,它就会循环并被新鲜的染料流代替,就像将营养物质输送到叶子的植物一样。

3T8 SpiderBot

如果说蜘蛛是做噩梦的源头,那么T8八爪鱼机器人就是一场带有价格标签的噩梦。多年来,机器人学家一直在尝试模仿蜘蛛的架构。八只脚,您将获得前所未有的稳定性,非常适合灾区搜索救援机器人。而且,尽管我们还有其他版本的蜘蛛状机器人,但要设计一个具有足够内部控制以使所有八只腿一致移动的同时,仍然需要时仍然保持单独移动的能力,总是很困难的。

T8八足机器人使用专为克服这一障碍独特的运动引擎。它是远程控制的,并且通过简单的命令,机载处理器将计算腿部轨迹,电机控制和反向运动学,以协调其26个单独的电机。结果几乎是逼真。

2自愈电路

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当今几乎所有的电子设备都使用集成电路芯片,尽管它们的尺寸很小,但大多数芯片的数百万个晶体管散布在不超过钉子头部的整个表面上。如果一小块破裂,整个事情就变得毫无用处。但是,如果您的手机或计算机可以像免疫系统一样抵御感染,可以自我修复呢?在不久的将来,这可能是非常现实的可能性。

加州理工学院的工程师创造了他们所谓的“坚不可摧的电路”。为了进行演示,他们将一个显微镜放在显微镜下,用激光将其融化,然后看着它找出继续工作的方法。芯片是微观的。一分钱的脸大约需要75笔钱。除了芯片主要用途所需的所有电路之外,每个芯片还包含各种传感器和一个板载中央处理器,该中央处理器可以检测损坏并找出使所有内容重新恢复运行的最有效方法。

他们已经测试了数十种具有自我修复功能的芯片,无论芯片的哪一部分被破坏,它总能找到一种在不到一秒钟的时间内重新安排电路工艺的方法。它并未针对任何特定威胁(例如人体的免疫系统)进行预编程,而是自行评估损害并弄清楚需要采取的措施。剩下要做的唯一事情就是找到约翰·康纳。

1个寄生性皮肤移植

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有一种寄生虫称为绒球(Pomphorhynchus laevis),它利用头部的尖刺在动物的肠道上撕开一个洞,然后将其推入内部并给身体充气以使其自身固定。正是这种不太可能的怪兽性促使医学研究人员开发出一种新型的皮肤移植物。皮肤移植物是从身体的一部分移植到另一部分的皮肤,通常会覆盖严重的烧伤。

迄今为止,通常使用钉书钉将皮肤移植物固定在适当位置,这会带来很高的感染风险。另一方面,这种新型仿生皮肤移植物几乎可以复制您今天可能会读到的最可怕的寄生虫中的所有东西。移植物有一簇微针,当它们暴露于水时会膨胀。针很容易进入皮肤,一旦进入,它们就会像气球一样膨出,将移植物固定在适当的位置。与订书钉相比,钉书的另一优势是最终将它们撕裂周围的组织,这是微针组织到侧面,而不是损坏它

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