Mustekalan muotoilu inspiroi vahvaa ja pehmeää robottikäsivartta

Kuva: Norbert Wu /Minden Pictures / Alamy.

Joel Kontinen

Robotti-insinöörit ovat jo pitkään pyrkineet oppimaan eläinten raajoista, jotka ovat yleensä erittäin joustavia ja ketteriä. Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston Nikolaos Frerisin johtama tiimi on valmistanut mustekalasta inspiroituneen robottikäsivarren, joka pystyy nostamaan 260 kertaa oman painonsa. Se pystyy myös käsittelemään hyvin erikokoisia esineitä suurella tarkkuudella ja jopa kiertämään esteitä. Vain 0,14 mm:n kärjen halkaisijan ansiosta se voi jopa tarttua muurahaiseen vahingoittamatta sitä.

Se on osa uutta pehmeiden robottien luokkaa nimeltä SpiRobs. Spi on peräisin logaritmisesta spiraalimallista. Tätä muotoa löytyy mustekalan käsivarsista, norsun kärsistä sekä merihevosen ja kameleontin pyrstöistä. Spiraaleja voidaan skaalata ylös tai alas, joten SpiRobit voivat olla muutamasta senttimetristä muutamaan metriin. SpiRobit valmistetaan taloudellisesti käyttämällä 3D-prontointia. Ne saavat virtansa monimutkaisesta kahdesta tai kolmesta kaapelista koostuvasta järjestelmästä. Se on hämmästyttävä kehitysaskel. 

Lähde: Creation Magazine no 3, 2025

Kamelin kyttyrän inspiroima kangas voi suojata palomiehiä kuumuudelta

 

Joel Kontinen

Kangas, joka on valmistettu hitsaamalla aerogeelitaskuja ultraäänellä, jäljittelee kamelin kyhmyn rakennetta ja suojaa tulelta ja päästää hien karkaamaan.

Kamelin kyhmyn inspiroima eristävä kangas voi suojata palomiehiä äärimmäiseltä kuumuudelta ja päästää heidän hikensä kulkemaan sen läpi. Palomiesten univormuissa käytetään monenlaisia ​​lämmönkestäviä kankaita, mutta melkein kaikki ne sitovat kosteutta kankaaseen, jolloin palomiehet kastuvat hikeen työskennellessään helteessä. Jian Fang Kiinan Soochowin yliopistosta ja hänen kollegansa ovat kehittäneet eristävän kankaan, jossa käytetään aerogeelitaskuja, joissa on nestemäinen komponentti.

Taas tutkimus, jossa on käytetty biomimetiikkaa ja älykästä suunnittelua.

Lähde:

Alex Wilkins 2023. Fabric inspired by camel’s hump could protect firefighters from heat | New Scientist 20.1.

 

Ohut heijastava kalvo, joka jäljittelee perhosen siipiä, voi pitää autot viileänä

Kuva: Shutterstock/Tomatito

Joel Kontinen 

Ohut kalvo, joka on suunniteltu jäljittelemään perhosen siipiä, voisi pitää autot viileämpänä, kun materiaali levitetään niiden ulkopinnalle. Morpho-perhosten siivet on peitetty nanorakenteilla, jotka taivuttavat siihen osuvaa valoa tuottaen sinisen värin, joka on elävä ja eloisa monista kulmista katsottuna. Tämän innoittamana Wanlin Wang Shenzhenin yliopistosta Kiinasta ja hänen kollegansa suunnittelivat ohuen kalvon, joka toimii samalla tavalla kuin markkinoilla olevat energiaa säästävät heijastavat maalit, mutta jotka eivät yleensä tarjoa niin paljon eloisia värejä kuin perinteiset maalit. Niiden kalvo on muutaman mikrometrin paksuinen ja siinä on kolme kerrosta. Yläkerros on valmistettu titaanin, piin ja hapen seoksesta, kun taas kaksi sen alla on erikoishimmeä lasi ja ohut hopeapeili. Lasikerroksessa on lukemattomia pieniä rakenteita, jotka antavat sille himmeän ilmeen ja jäljittelevät perhosen siipiä.

Tässä insinöörit jäljittelevät älykästä suunnittelua. Se on esimerkki biomimetiikasta, josta on tullut nykytieteen tienviitta.  

​Lähde:

 Padavic-Callaghan,  Karmela, 2023.  Thin reflective film that mimics butterfly wings can keep cars cool, New Scientist 3.8.  

 

Merinorsut hyödyntävät älykästä suunnittelua

 

·        
 Kuva: Rhododendrites, CC BY-SA 4.0. 

Joel Kontinen

Tiedemiehet ovat selvittäneet, kuinka merinorsut paikantavat saaliinsa: Ne liikuttavat viiksiään kuten satelliittiantenneja havaitakseen veden liikkeen.

”Tämä tutkimus on aivan loistava”, sanoo Robyn Grant, Manchester Metropolitan Universityn biologi, jonka tutkimus merileijonasta vankeudessa on päätynyt samanlaisiin johtopäätöksiin. Mutta uusi teos on ensimmäinen, joka osoittaa, kuinka hylkeet käyttävät viiksiään luonnossa kalastuksen aikana, Grant sanoo.

 Näin älykäs suunnittelu vaikuttaa eläinkunnassa. Muun muassa kolibri tarjoaa keinoja, jotka ihminen voi hyödyntää roboteissa.

Lähde; : 3:00 PM

 Moutinho. Sofia. 2022. whiskers to find food Mice of the sea: Watch elephant seals use whiskers to find food  Science 13.6. 

Älykästä suunnittelua meritähdessä - sillä on timantinkaltainen rakenne.

 

Kuva: Adrian Pingstone, public domain. 

Joel Kontinen 

Jotkut hauraasta materiaalista tehdyt meritähdet vahvistavat itseään arkkitehtonisilla tempuilla. Meritähdin ihon alla on luuranko, joka koostuu kivikasveista, joita kutsutaan ossicleiksi ja jotka koostuvat enimmäkseen kalsiitista. Kalsiitti on yleensä hauras, ja vielä enemmän, kun se on huokoista. Mutta nuhjuisen meritähden (Protoreaster nodosus) reikäiset luut vahvistuvat odottamattoman sisäisen järjestelyn ansiosta, tutkijat raportoivat 11. helmikuuta Sciencessä.

 "Kun näimme rakenteen ensimmäisen kerran, olimme todella hämmästyneitä", sanoo Ling Li, materiaalitutkija Virginia Techistä Blacksburgissa. Näyttää siltä, ​​​​että se on tulostettu 3D-tulostuksessa, hän sanoo.

 Li ja kollegat käyttivät elektronimikroskooppia lähentääkseen useiden kymmenien kuolleiden meritähtien luut. 50 mikrometrin mittakaavassa, noin puolet ihmisen hiuksen leveydestä, jokaisen luuston näennäisesti piirteetön runko väistyy. Lähentäminen kuoppaisiin kasvaimiin, joita kutsutaan ossicleiksi), jotka muodostavat pyöreän meritähden luurangon, paljastaa verkkomaisen rakenteen, joka on samanlainen kuin hiiliatomien järjestely timantissa. Tämä järjestely vahvistaa luita, jotka ovat pääosin kalsiitista, suhteellisen heikosta mineraalista.

Mutta timanttimainen hila ei yksinään selitä täysin, kuinka luut pysyvät vahvoina. Tässä hilassa kalsiitin muodostavilla atomeilla on oma kuvionsa, joka muistuttaa sarjaa päällekkäisiä kuusikulmioita.

Tämä kuvio vaikuttaa myös kalsiitin lujuuteen. Yleensä mineraalin vahvuus ei ole tasainen kaikkiin suuntiin. Joten kalsiitin työntäminen joihinkin suuntiin rikkoo sen todennäköisemmin kuin voima muista suunnista. Luuosissa atomikuvio ja timanttimainen hila asettuvat kohdakkain tavalla, joka kompensoi kalsiitin luontaista heikkoutta.

On evolutionistienmukaan mysteeri, kuinka eläimet tekevät timanttimaisen hilan. Li:n tiimi tutkii eläviä pyöreitä meritähtiä ja tutkii luun muodostumisen kemiaa. Sen ymmärtäminen, kuinka meritähti rakentavat luunsa, voi antaa oivalluksia vahvempien huokoisten materiaalien, mukaan lukien keramiikan, luomiseen.

Tässä eläimessä näkyy biomimetiikasta eli luonnossa olevien asioiden jäljittely, josta on tullut aikamme kärkitiedettä.

Tutkijat ovat myös löytäneet käyttöä majavan turkille, kissan viiksille, linnun siiville, vedenpuhdistin suoraan luonnosta, keihäsrauskulle, fiksu kasville, kerää joka kosteutta ilmasta ja hirvittävästä moolokista, joka nostaa kosteutta kuivasta maasta.

Lähde:

Wilke. Carolyn. 2022, A diamondlike structure gives some starfish skeletons their strength Science News 10-2. 

Sudenkorento käyttää häiveteknologiaa

 

Kuva:   Shutterstock/guentermanaus

Joel Kontinen

Tapa, jolla valo heijastuu Morpho-sudenkoretojen kirkkaan sinisistä siivistä, auttaa hyönteisiä sulautumaan veteen ylhäältä katsottuna, jolloin ne ovat näkymättömiä petoeläimille ja saaliille.

Kun katsotaan kiiltävää, vetistä taustaa vasten, hyönteiset voivat kadota. Keski- ja Pohjois-Etelä-Amerikasta kotoisin olevilla urospuolisilla Morpho-sudenkoreoilla (Zenithoptera lanei) on siivet, jotka tuottavat voimakkaan värin käyttämällä erityisiä kerrosrakenteita, jotka muuttavat valon heijastusta niiden pinnasta. Urossudenkorennot käyttävät siipiään välkkyvissä seurustelunäytöksissä houkutellakseen puolisoitaan.

Sudenkorennoilla on siivissään häiveteknologiaa, jota käytetään esimerkiksi sotilaskoneissa.  Biomimetiikasta eli luonnossa olevien asioiden jäljittelystä on tullut aikamme kärkitiedettä.

Tutkijat ovat myös löytäneet käyttöä majavan turkille, kissan viiksille, linnun siiville, vedenpuhdistin suoraan luonnosta, keihäsrauskulle, fiksu kasville, kerää joka kosteutta ilmasta ja hirvittävästä moolokista, joka nostaa kosteutta kuivasta maasta.

Lähde: 

  Buehler, Jake. 2022, Blue wings give Morpho dragonflies stealth capabilities. New Scientist  3.3. 

Tutkijat suunnittelivat robotin, joka pystyy poimimaan rypäleen ja nostamaan myös raskaita esineitä

 

 Kuva: farmHand/Standford University. 

Joel Kontinen

Ihmiset ovat käyttäneet gekon jalkoja moniin tarkoituksiin.

Biomimetiikasta eli luonnossa olevien asioiden jäljittelystä on tullut aikamme kärkitiedettä.

Tutkijat ovat myös löytäneet käyttöä majavan turkille, kissan viiksille, linnun siiville, vedenpuhdistin suoraan luonnosta, keihäsrauskulle, fiksu kasville, kerää joka kosteutta ilmasta ja hirvittävästä moolokista, joka nostaa kosteutta kuivasta maasta.

Nyt tutkimus koskettaa gekon jalkoja. Mekaaniset kädet, joissa on ihmisen sormien kaltaiset sormet, ovat sopeutumiskykyisempiä kuin teollisuusrobottien yksinkertaiset kaksihaaraiset puristimet, mutta niillä on vaikeuksia saavuttaa tarpeeksi voimaa.

Nyt gekon jalkojen inspiroima, tahmealla kuminahalla varustettu robottikäsi yhdistää molempien ominaisuudet: se pystyy poimimaan herkästi rypäleen ja nostamaan myös raskaita esineitä.

Gekon jalkoja peittävät pienet karvat, jotka jakautuvat vielä pienemmiksi säikeiksi, joista jokainen luo molekyylisen vetovoiman materiaaliin, jonka päälle eläin kiipeää.

Mark Cutkosky Kalifornian Stanfordin yliopistosta ja hänen kollegansa ovat aiemmin luoneet materiaaleja, jotka jäljittelevät tapaa, jolla gekon jalka tarttuu tasaisiin pintoihin, ja ovat käyttäneet niitä sitten roboteissa, joista osa on suunniteltu kiinnittymään satelliitin sileään pintaan avaruudessa.

Nyt Cutkosky ja hänen tiiminsä ovat parantaneet uusimman gekon inspiroiman materiaalinsa suunnittelua ja soveltaneet sitä robottikäteen. Materiaali levittää tasaisesti käsiteltävään esineeseen liittyvää kuormaa, mikä estää esineen reunoja irtoamasta robotin kädestä, mikä voi heikentää tarttumista. Käsi on myös ohjelmoitu tarttumaan esineisiin tavalla, joka maksimoi kosketusalueen, käyttämällä sormien pehmustetta sormenpäiden sijaan

Kädessä on neljä sormea, joista kukin toimii kahdella moottorilla ja on varustettu voima-antureilla, ja se pystyy poimimaan ja käsittelemään raskaita esineitä, jotka ovat moninkertaisia sen kokoon nähden. Mutta se pystyy myös suorittamaan herkkiä liikkeitä, kuten nostamaan munia laatikosta hajoittamatta niitä tai poimimaan rypäleitä viiniköynnöksestä puristamatta niitä.

Cutkosky sanoo, että liima on saanut inspiraationsa gekoista, mutta se on nyt ylittänyt ne suorituskyvyltään. "Gekot tekevät hyvää työtä ", hän sanoo.

Lähde: 

Sparkes, Matthew. 2021. Sticky robot hand inspired by geckos combines delicacy and strength New Scientist 15 December.

Teleskooppi saa hummerin näön

 Kuva: Roberto Rodríguez, CC BY-SA 4.0.

Joel Kontinen

 BBC on julkaisut videon, jossa hummerin silmiä käytetään tulevaisuuden avaruusteleskooppien mallina niin, että niiden avulla voidaan nähdä esimerkiksi mustia aukkoja.

Näin hummeri on myös biomimetiikan mallina. Biomimetiikka on luonnosta löydettyjen ratkaisujen soveltamista tekniikkaan. Se edellyttää älykkään suunnittelun eli Jumalan jälkien näkemistä luonnossa.

Lähde:

BBC News. 2021.  The Space Telescopes Inspired By Lobsters BBC  7.11.  

Kovakuoriainen voitelee polviaan ”teflonilla”

 Kuva: K. Nadein et al./Proc. R. Soc. B (CC BY 4.0)

Joel Kontinen

Kovakuoriaisten ja ainakin yhden muun hyönteisen jalkojen nivelten proteiinipohjainen aine on erinomainen voiteluaine.

 Kovakuoriaisten jalkojen nivelet on voideltu monipuolisella aineella, joka on yhtä kestävä kuin teflon. Tähän mennessä tiedemiehet eivät ole juurikaan ymmärtäneet, kuinka hyönteisten nivelet vähentävät kitkaa ja ovat suojattuja kulumiselta.

 Selkärankaisilla on suljetut nivelet, jotka kylpevät nestemäisessä voiteluaineessa, mikä minimoi kitkan ja auttaa suojaamaan luiden pintoja siellä, missä ne kohtaavat. Hyönteisillä on kuitenkin ulkoinen luuranko, ja niiden nivelet ovat avoimia ilmalle.

 Konstantin Nadein Kielin Christian-Albrechtsin yliopistosta Saksasta ja hänen kollegansa käyttivät pyyhkäisyelektronimikroskooppia kuvatakseen tummankuoriaisen (Zophobas morio) polvinivelen. He havaitsivat, että nivelen pinnat ovat peitetty huokosilla, joiden läpi proteiinipohjainen aine tihkuu. Kemiallisen analyysin mukaan tämä aine koostuu proteiineista ja rasvahapoista. Kun kirjoittajat vertasivat kokeissaan tätä rasvaa muihin voiteluaineisiin, he havaitsivat, että aine vähensi kitkaa samalla tavalla kuin kemiallinen pinnoite teflon. He löysivät myös huokosia ja voiteluaineita useiden muiden kovakuoriaisten ja Cryptocercuksen nivelistä.

Myös kovakuoraiset käytävät biomimetiikkaa, joka on luonnon havaintojen käyttöä

 Lähde: 

Nature 2021. Beetles make ‘Teflon’ to grease their knees Nature 7.7.

 

Vaeltavalla lihamurekkeella on rautahampaat

 

Kuva: Northwestern University.  

Joel Kontinen

Vaeltavalla lihamurekkeella on rautahampaat. Sen hampaat sisältävät harvinaisia ​​rautamineraaleja.

 Oudolla molluskilla, jota kutsutaan hellästi "vaeltavaksi lihamurekkeeksi", on harvinaista rautamineraalia sisältävät hampaat. Tätä mineraalia on aiemmin löydetty vain kallioisilta rannikoilta, uusi tutkimus havaitsi. Tutkijat havaitsivat harvinaisen rautamineraalin - nimeltään santabarbaraiitti – kivien pinnalta ruokansa etsivän nilviäisen hampaista. Eläin on Cryptochiton stelleri, lempinimeltään "vaeltava lihamureke", koska sillä on punaruskea, jopa 36 senttimetriä)pitkä, soikea ja kuoripeitteinen vartalo.

Tutkijoiden mukaan löytö valaisee sitä, kuinka C. Stelleri voi kaapia ruokaa kiviltä​​. Santabarbaraiitilla on korkea vesipitoisuus, mikä tekee siitä vahvan pienellä tiheydellä. Uskomme, että tämä saattaa vahvistaa hampaita lisäämättä paljon painoa", tutkimuksen vanhempi kirjailija Derk Joester, materiaalitieteen ja tekniikan apulaisprofessori Illinoisin Luoteis-yliopistosta, sanoi lausunnossaan.

 Vaeltava lihamureke, jota kutsutaan myös nimillä Tyynenmeren jättiläischiton ja jättiläis-gumboot-chiton, on suurin tunnettu chiton-laji, meren molluski, jolla on soikea, litistynut runko, jossa on päällekkäisistä levyistä kuori, aivan kuten pillerillä. Chitonit tunnetaan huomattavan kovista hampaistaan, jotka on kiinnitetty pehmeään, joustavaan kielenkaltaiseen elimeen. Ruokaa etsittäessään kitonit raaputtavat hampaillaan kiviä kerätäkseen leviä ja muuta ruokaa.

Joester ja hänen kollegansa olivat aiemmin tutkineet kitonihampaita, mutta he halusivat oppia lisää ns. kynästä - ontto rakenne, joka muistuttaa ihmisen hampaan juurta ja joka "yhdistää [sitonien] ultrakovan ja jäykän hampaan pään joustavaan sädekalvoon", tutkijat kirjoittivat tutkimuksessa. He tekivät tämän analysoimalla C. stellerin chompers muutamalla huipputekniikalla, mukaan lukien synkrotroninen valonlähde ja lähetyselektronimikroskoppi. Nämä analyysit paljastivat santabarbaraitin kitononin kynässä. "Tätä mineraalia on havaittu geologisissa näytteissä vain hyvin pieninä määrinä, eikä sitä ole koskaan ollut eläinkunnassa. Seuraavaksi ryhmä yritti luoda kynän kemiallisen rakenteen 3D-tulostukseen suunnitellulla musteella. Tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Linus Stegbauer, entinen tutkijatohtorina Joesterin laboratoriossa, kehitti musteen rauta- ja fosfaatti-ioneilla sekoitettuna kitonin hampaista peräisin olevan biopolymeerin kanssa.

Stegbauer ja kollegat havaitsivat kokeen toimivan - musteella syntyi ultrakovaa, jäykkää ja kestävää materiaalia, kunhan tutkijat sekoittivat aineen välittömästi ennen tulostamista. "Kun nanohiukkaset muodostuvat biopolymeeriin, se vahvistuu ja on viskoosimpi", Joester sanoi. "Tätä seosta voidaan sitten käyttää helposti tulostamiseen. Kuivaus johtaa kovaan ja jäykkään loppumateriaaliin."

Tutkimus julkaistiin verkossa maanantaina 31. toukokuuta National Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä.

Rautahampaat eivät tee niiden kantajasta petoja.

Huippukovan materiaalit saattavat myös auttaa tuoyttamaan ultakovaa musteeta 3 dimension tulostimissa. 

Lähde:

Geggel, Laura, 2021, 'Wandering meatloaf' creature has teeth of iron Live Science  30.5.

 

 

By - Editor 2 days ago

Hämähäkki ja muurahainen inspiroivat uppoamattoman aluksen

 

Kuva: Hakan Soderholm, Alamy Stock Photo, Fair use doctrine..  

Joel Kontinen

Voitteko kuvitella pystyvänne luomaan ”uppoamattoman aluksen? Laiva, joka kelluu edelleen puhkaisun jälkeen? Elektroniset valvontalaitteet, jotka voivat selviytyä kauan merivedessä? ”

Nämä ovat Rochesterin yliopiston tutkimusryhmän perimmäiset tavoitteet, kun he ovat luoneet uuden superhydrofobisen (vettä hylkivän) metallirakenteen.

Muurahaiset eivät uppoa, vaikka niitä painetaan veteen kepillä, koska ilma on loukussa niiden hydrofobisten (vettä hylkivien) kehon pintojen välillä, ja ne vangitsevat ilman suljetulle alueelle superhydrofobisten ruumiidensa avulla, joten vaikka ilma olisi veden alla, se ei voi paeta.

Tutkimusryhmän suunnittelua inspiroi kaksi pientä olentoa. Yksi oli Vesihämähäkki (Argyroneta aquatic), joka tuovat ilmakuplia erityisesti rakennettuun vedenalaiseen verkkoon. Toinen oli palomuurahainen (Solenopsis invicta), joka koskenlaskuyksiköissään yhdistävät ruumiinsa muodostaen vedenpitävän maton pysyäkseen pinnalla.

Uusi metallirakenne tosiasiallisesti tekee saman, pitäen ilman sisällään vedessä, mikä on avain sen menestykseen.

Lasereita käytettiin kahden pienen metallialumiinilevyn pinnan syövyttämiseen monimutkaisilla mikro- ja nanokokoisilla kuvioilla, jotka vangitsevat ilman. Kaksi levyä asetettiin sitten kuviopinnat sisäänpäin, joten kuviot eivät altistuneet ulkoiselle kulumiselle. Levyt olivat myös oikeassa etäisyydessä toisistaan, jotta ilmaa pysyi niiden välissä. "Ylihydrofobiset pinnat estävät vettä pääsemästä osastoon, vaikka rakenne joutuisi uppoutumaan veteen." Jopa kahden kuukauden jälkeen, kun paino poistettiin, se kellui välittömästi pinnalle. Tiimi puhkaisi myös rakenteen useita kertoja, mutta syövytettyjen superhydrofobisten pintojen vuoksi se loukkuun silti ilmaa ja se piti rakenteen pinnalla.

Uudella rakenteella näyttää olevan loputtomia sovelluksia, joista monet saattavat parantaa turvallisuutta veneilyalalla. Tietysti inspiraatio tällaiselle rakenteelle tuli siitä, mikä on jo suunniteltu ja luotu. Tämä kertoo paljon niiden  jumalallisesta tekijästä!

Lähde:

Robinson, Philip. 2020. Spiders and ants inspire an unsinkable metal structure. Creation 42(4):55

Valas auttaa surfailijoita

Kuva: U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration, public domain. 

Joel Kontinen 

Tutkijoiden mukaan surffaustulokset parantuvat, kun surffaajat soveltavat ryhävalaiden tekniikkaa. Tutkijat käyttivät uutta lähestymistapaa (”Real Whale”, RW), jonka malli on otettu ryhävalaiden evistä. Se on ensimmäinen tutkimus, jossa esitetään todisteet kaikilla kolmella akselilla pyörivien mallien dynaamisesta suorituskyvystä. 

Kenttätyöhön kuului surffaamista melkein 2000 eri valtamerien aallolla ympäri maailmaa, vertaamalla tavanomaisia kaupallisten surffilautojen eviä suoriin etureunoihin, eli RW-eviin. Tutkijat keräsivät surffailutietoja lainelaudoille kiinnitetyistä instrumenteista, mukaan lukien GPS ja 9-akseliset liiketunnistimet. Mitattiin ja laskettiin kahdeksantoista käännöstehoarvoa, mukaan lukien uudet, surffauskohtaiset pyörimisvoimakertoimet. 

Tutkimus paljasti, että RW-eviä käyttävät surffaajat huomasivat merkittäviä parannuksia verrattuna siihen, kun he käyttivät tavanomaisia kaupallisia surffilautoja. Myös käännösluvut RW-evien avulla paranivat, vaikka eivät merkittävästi. RW-evien avulla ammattitaitoinen surffaaja voi parantaa surffailun suorituskykyään. 

Tämä on jälleen osoitus siitä, kuinka viisaasti kaikki on luotu. Ihmiset eivät saa aikaan tehokkaita keksintöjä muuten, kuin ottamalla oppia luomakunnasta (biomimetiikka). 

 Lähde:  

David E. Shormann, ja Marc in het Panhuis. 2020. Performance evaluation of humpback whale-inspired shortboard surfing fins based on ocean wave fieldwork.  Plos one 21. 4.

Tutkijat päättelevät, että lentävin robotteihin voitaisiin käyttää tätä kirppujen laitetta

Kuva: Beatriz Moisset, CC BY-SA 4.0.



Joel Kontinen


Tämän lajin kovakuoriaiset voivat hypätä korkealle. Niiden hyppytaidot voivat ylittää takajaloissa olevien katapulttien avulla painovoiman.

Ne pääsevät helposti pelastautumaan petoeläimiltä. Tutkijat laskivat, että ne voisivat hypätä 30 kertaa tällä nopeudella.

Äskettäin tutkimus, joka julkaistiin lehdessä zookey valotti näiden kirppujen taitoja. Nämä kovakuoriaiset (Alticini-heimon jäsenet) syövät kasveja. Ne kuuluvat noin 9 900 lajin suurdiversiteettiseen ryhmään ja joita esiintyy erilaisissa ympäristöissä ympäri maailmaa: matalista trooppisista sademetsistä vuoriston niittyihin ja aavikoihin.

Nyt tutkijat kokeilevat, voisiko lentäviin robotteihin käyttää tätä lähdettä. He ovat käyttäneet kissan viiksiä ja majavan turkkia myös tuotekehittelyssä.

Lähde:

Pensoft Team. 2020. Exceptional catapulting jump mechanism in a tiny beetle could be applied in robotic limbs Pensoft. 25.2.

Skorpionit valmistavat suoja-ainetta suojautuakseen loisista

Kuva: Per-Anders Olsson, CC BY-SA 3.0.





Joel Kontinen

Useimmat skorpionit loistavat sinivihreää väriä ultraviolettivalossa tai kuuvalossa. Tutkijat eivät ole varmoja siitä, miten tämä fluoresenssi hyödyttää niitä, mutta jotkut ovat arvelleet, että se toimii aurinkovoiteena tai auttaa niitä löytämään tovereita pimeässä. Nyt tutkijat, jotka raportoivat ACS: n Journal of Natural Products -lehdessä, ovat löytäneet uuden fluoresoivan yhdisteen skorpionieksoskeletoista. Ryhmä sanoo, että yhdiste voisi suojata näitä skorpioneja loisista.

Yli 60 vuotta sitten tutkijat tunnustivat ensin skorpionien taipumuksen hehkua UV-valossa. Tähän asti vain kaksi fluoresoivaa yhdistettä, β-karboliini ja 7-hydroksi-4-metyylikumariini, oli tunnistettu skorpionien kovassa ulkokuoressa eli eksoskeletonissa. Masahiro Miyashita ja hänen kollegansa pohtivat, voisiko olla muita fluoresoivia molekyylejä, joilla on erilaiset kemialliset ominaisuudet ja jotka jäivät aikaisemmissa tutkimuksissa huomiotta.

Saadakseen selville tämän tutkijat uuttivat yhdisteitä skorpionin Liocheles australasiaen sulatetuista eksoskeletoneista käyttämällä kemiallisia liuoksia, jotka poikkesivat aikaisemmissa kokeissa käytetyistä. He puhdistivat yhdisteen, jolla oli voimakkain fluoresenssi, ja identifioivat sen rakenteen, joka oli ftalaattiesteri, jolla aiemmin osoitettiin olevan sieniä ja loisia estävät ominaisuudet muissa organismeissa. Tämä havainto viittaa siihen, että uusi molekyyli, jonka tutkijat löysivät useista muista skorpionilajeista, voisi auttaa suojautumaan näiden eläinten loistartunnoilta. Verrattuna kahteen aikaisemmin tunnistettuun fluoresoivaan yhdisteeseen, uusi molekyyli vaikuttaa todennäköisesti heikommin skorpionifluoresenssiin, tutkijat sanovat.

Näin älykäs suunnittelu vaikuttaa eläinkunnassa. Muun muassa kolibri tarjoaa keinoja, jotka ihminen voi hyödyntää roboteissa.

Lähde:

Scorpions make a fluorescent compound that could help protect them from parasites.2020. ACS News Service Weekly PressPac : 4.3.

Kuurot koit voivat vähentää lepakoiden äänistä 85 prosenttia

Kuva: Arne Larsen, CC BY-SA 3.0.



Joel Kontinen

Jotkut kuurojen koiden lajit voivat absorboida jopa 85 prosenttia saalistavien lepakoiden tulevasta äänenergiasta - jotka käyttävät kaiun havaitsemiseksi kaiun sijaintia. Havainnot, jotka julkaistiin Royal Society Interface -lehdessä 26. helmikuuta, paljastavat koiden, jotka eivät pysty kuulemaan lepakoiden ultraääniä, kehittäneet tämän älykkään puolustusstrategian auttamaan niitä selviytymään.

Lepakot metsästävät yöllä kaikujen avulla. Tekniikka, joka tunnetaan myös nimellä biologinen luotain, kehittyi ensin evolutionistien mukaan noin 65 miljoonaa vuotta sitten, ja se antaa lepakoille mahdollisuuden etsiä ja löytää saalista. Yksi puolustus, jonka monet yöllä lentävät hyönteiset kehittivät, on kyky kuulla lepakoiden ultraäänet, joiden avulla ne voivat aktiivisesti kiertää lähestyviä lepakoita.

Monet koilajit eivät kuitenkaan kuule. Bristolin yliopiston tutkijaryhmä halusi tutkia vaihtoehtoisia suojautumiskeinoja lepakoilta, joita jotkut kuurojen koiden lajit ovat saattaneet kehittyä.
Käyttämällä elektronimikroskopiaa Bristolin biotieteiden koulun ryhmä havaitsi, että Antherina suraka ja Callosamia promethea -koiden suomut näyttivät rakenteellisesti samanlaisilta kuin meluneristykseen käytettävät kuidut, joten he halusivat tutkia, toimivatko koiden suomut jollakin tavalla absorboiden lepakoiden ultraääninapsautuksia ja vaimentuuko lepakkoon palaavat kaiut naamioiden koit akustisesti. Ryhmä mittasi, että koiden vartalossa olevat suomut absorboivat jopa 85 prosenttia tulevasta äänienergiasta ja että suomut voivat lyhentää lepakon havainnointimatkaa melkein 25 prosentilla parantaen merkittävästi koin selviytymismahdollisuuksia.


Näin älykäs suunnittelu vaikuttaa eläinkunnassa. Muun muassa kolibri tarjoaa keinoja, jotka ihminen voi hyödyntää roboteissa.

Lähde:

Deaf moths evolved noise-cancelling scales to evade predators. 2020. Bristol news 26 February 2020

Älykkäästi suunniteltu kolibri inspiroi ilmailua

Kuva: Charles Sharp, CC BY 3.0.



Joel Kontinen

Sekä biologisten että keinotekoisten lentäjien on kohdattava kaikkialla esiintyvät ilmahäiriöt. Lepattavat siivet ovat yleensä vähiten vakaita, mutta myös kaikkein ohjattavimpia tela-akselinsa ympäri, mutta tietämys telojen ohjauksesta biologisissa lentäjissä on edelleen rajallinen.

Kolibrit ovat sopivia malleja yhdistämään aerodynaamiset häiriöt lennonhallintastrategioihin, koska nämä pienet, voimakkaat lentäjät kykenevät pysymään ilmassa haitallisissa tuulioloissa.

Kokeessa kolibrit pantiin lentämään tasaisen, pitkittäissuunnassa (virtaussuunnassa) olevan pyörrealueen sisällä, joka asetti jatkuvan rullahäiriön. Siipien kinematiikka ja lentolihasten neuromotorinen aktivointi mitattiin synkronoidulla nopealla video- ja elektromiografialla ja käytettiin laskennallista fluididynamiikkaa (CFD) estimoimaan havaittujen siipiliikkeiden aiheuttamat aerodynaamiset voimat.

Kolibrit reagoivat ilman liikkeen häiriöihin normaalilentoon nähden kahdella erolla päälennon lihaksen aktivoinnissa pitäen samalla yllä symmetriaa suurimmissa siiven liikkeissä, kuten iskun laajuus, iskutason kulma ja räpytystaajuus.

Kolibrilajeilla oli jatkuvia eroja hienovaraisempien siipien kinemaattisissa piirteissä, mukaan lukien siipien kierto ja korkeus. CFD-mallinnus paljasti, että epäsymmetrinen siipikierto oli kriittinen häiriön vaikutusten lieventämiseksi. Linnut lisäsivät myös lennon vakautta säätämällä vartalo- ja pyrstöasentoa saadakseen suuremman pinta-alan yläpyörteeseen kuin ei-toivottuun alapyörteeseen. Tulokset tarjoavat tietoa kolibrien huomattavasta kyvystä ylläpitää lennonhallintaa, samoin kuin bio-inspiraatiota yksinkertaisille, mutta tehokkaille ohjausstrategioille, jotka voisivat auttaa robottilennokkien selviytymisessä haastavista reaalimaailman ilmasto-olosuhteissa.

Näin älykäs suunnittelu nähdään kolibreissa. Ja näin biomimetiikka valtaa yhä enemmän alaa.

Ravi, Sridhar ja muut, 2020. Modulation of Flight Muscle Recruitment and Wing Rotation Enables Hummingbirds to Mitigate Aerial Roll Perturbations Current Biology 2.1.

Mten saada pienet dronet lentämään pidempää? Konsti eläinmaailmasta

Alejandro Pena, Air Force, public domain.




Joel Kontinen



Miten saada pienikokoiset dronet pysymään kovin kauan ilmassa? Heikkoa akkukestoa voidaan paikata uuden keksinnön avulla.

”Pikkuruiseen droneen mahtuu kyytiin vain pikkuruinen akku. Jos akkua suurentaa lentoaikaa kasvattaakseen, pitää dronenkin kasvaa. Brownin yliopiston ja Lausannen teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat nyt kehittäneet uudenlaisen tekniikan, jolla lentoaikaa saadaan kasvatettua moninkertaiseksi.

Tutkijoiden kehittämä sata grammaa painava drone lentää yhdellä latauksella jopa kolme tuntia - eli noin neljä kertaa pidempään kuin nykyiset kaupalliset ratkaisut, Engadget kertoo.”

Mmutta siiven malli ei lainata lentokoneista vaan eläinmaailmasta, jossa hyönteiset ja linnut ”hyödyntävät samanlaista siipirakennetta. Siipeen voi sen rakenteen ansiosta tulevaisuudessa asentaa sisälle myös esimerkiksi akkuja tai muita komponentteja.

Toistaiseksi ratkaisua on kokeiltu vasta tuulitunnelissa. Tutkijat aikovat kuitenkin aloittaa kenttätestit ja hioa ratkaisua entisestään.”

Professori Stuart Burgess and hänen tutkimusryhmänsä ovat University of Bristolissa valmistaneet pienoisen robotin, joka painaa vain 20 kiloa. Se lentää kuin sudenkorento. Hän sanoo, että Jumala suunnitteli sen ensimmäiseksi.

Tutkijat ovet myös huomanneet, että kissan viikset auttavat rakentamaan tehokkaampia robotteja ja majan turkki auttaa rakentamaan parempia märkäpukuja,

Lähde:

Komonen, Olli-Pekka 2020 . Miten saadaan dronet lentämään pidempään? Lainataan tietenkin konsti luonnosta. Tivi 2.2.

Nanjingin yliopiston tutkijat siirtyvät biomimetiikkaan

Gekon jalka. Kuva: Bjørn Christian Tørrissen, CC BY-SA 3.0.



Joel Kontinen

Biomimetiikasta eli luonnossa olevien asioiden jäljittelystä on tullut aikamme kärkitiedettä. Nyt myös Nanjingin yliopiston tutkijat siirtyvät biomimetiikkaan.

He jäljittelevät novozymesiä (entsyymimäisiä katalyyttisiä nanomateriaaleja), jotka ne eivät pelkästään ratkaise luonnollisia entsyymien sisäisiä rajoituksia, vaan niillä on myös ainutlaatuisia ominaisuuksia verrattuna perinteisiin keinotekoisiin entsyymeihin.

Tutkijat ovat löytäneet käyttöä majavan turkille, kissan viiksille, linnun siiville, vedenpuhdistin suoraan luonnosta, keihäsrauskulle, fiksu kasville, kerää joka kosteutta ilmasta ja
hirvittävästä moolokista, joka nostaa kosteutta kuivasta maasta.

Näin kiinalaisen tuottavan biomimetiikkaa keinotekoisista aineista.

Lähde:

Nanjing University, 2019. Design principles for peroxidase-mimicking nanozymes. Phys.org (18.2.).

Hämähäkin seittiä voidaan käyttää roboteissa

Kuva: Kinori, Public Domain.


Joel Kontinen

Hämähäkin seitillä. joka tunnetaan jo yhtenä painoltaan vahvimmista materiaaleista, on toinen epätavallinen ominaisuus- Tutkijat ovat havainneet, että se voi johtaa uudenlaisiin keinotekoisiin lihaksiin tai robottien osiin.

Seitin joustavat kuidut reagoivat hyvin voimakkaasti kosteuden muutoksiin. Tietyn ilmankosteuden tason yläpuolella ne yhtäkkiä supistuvat ja vääntyvät tarpeeksi voimakkaasti, jotta ne ovat kilpailukykyisiä muiden materiaalien kanssa, eli mekanismien, jotka liikkuvat suorittaessaan jotakin toimintaa, kuten venttiilin ohjaamista.

Tuloksia raportoidaan MIT: n professori Markus Buehlerin , joka on siviili- ja ympäristötekniikan osaston johtaja, ja kahdeksan muun tutkijan julkaisemassa jutussa Science Advances -lehdessä.

Tutkijat löysivät äskettäin hämähäkin silkkiä, jota kutsutaan superkontraktioksi, jossa hoikka kuitu voi kutistua yhtäkkiä vasteena kosteuden muutoksille. Uusi havainto on, että ne eivät ainoastaan tee kierteitä, vaan myös vääntyvät samaan aikaan. ”Se on uusi ilmiö,” Buehler sanoo.

Mitin joukkue testasi vielä muillakin materiaaleilla, mm. ihmisen hiuksilla, mutta niissä ei tällaista ominaisuutta ollut.

Biomimetiikasta eli luonnossa olevien asioiden jäljittelystä on tullut viime aikojen tullut aikamme kärkitiedettä. Muun muassa ihmisen silmä on oikein suunniteltu, leppäkertun silmät houkuttelevat
tutkijoita tekemään niistä siipiä, sekä kissan viikset ja kampasimpukan silmät ovat myös houkuttavia kohteita.

Lähde:

Chandler, David L. 2019. Spider Silk Could Be Used as Robotic Muscle. Massachusetts Institute of Technology (1.3.).

Vedenpuhdistin suoraan luonnosta

Kuva: Attrattorestrano, CC BY-SA 3.0.



Joel Kontinen

Actinia on korallieläin. Kiinalaiset tutkijat ovat Yalen Menachem Elimelechin ja Huazhang Zhaon (Pekingin yliopisto) johdolla keksineet vedenpuhdistimen, joka puhdistaa vedestä siihen kuulumattomia aineita hyödyntämällä Actinian käyttämää saalistusmenetelmän mekanismia.

Vedenpuhdistin esimerkiksi putsasi vedestä nitraatin.

Sillä voidaan korvata nykyiset vedenpuhdistimet. Tämä vähentää huomattavasti vedenkulutusta. Tässä taas jälleen yksi biomimetiikan sovellus.

Lähde:

Yale University. 2018. A water treatment breakthrough, inspired by a sea creature Science Daily. (26. 11.).