Биомимикрија во инженерство

Дизајн предизвик

Вие сте дел од тим инженери со оглед на предизвикот за развој на систем или зграда што ќе биде поставена на Месечината. Системот или зградата треба да се засноваат на производ или систем што се наоѓа во природата. Researchе истражувате идеи преку Интернет, а потоа ќе работите како тим за да развиете скица на вашиот дизајн. Исто така, ќе размислите за патентирање на вашата идеја.

Критериуми 

• Дизајн да се стави на Месечината.
• Дизајнот мора да се заснова на производ или систем што се наоѓа во природата.

Ограничувања

• Користете ги само дадените материјали.

Што е тоа патент?

Патент за пронајдок е давање на имотно право на пронаоѓачот, издадено од Заводот за патенти и трговска марка на земја. Постапката за доделување патенти, барањата поставени кон патентот и обемот на ексклузивните права во голема мера варираат помеѓу земјите во согласност со националните закони и меѓународните договори. Во Соединетите држави, мандатот на новиот патент е 20 години од датумот на кој е поднесено барањето за патент или, во посебни случаи, од датумот на поднесување претходна поврзана апликација, предмет на плаќање на надоместоци за одржување. Нови патенти штитат корисни процеси, машини, производи за производство и композиции на материја. Неколку примери: оптички влакна, компјутерски хардвер, лекови. Дизајнерските патенти ја чуваат неовластената употреба на нови, оригинални и украсни дизајни за производи за производство. Изгледот на одредена атлетска обувка или шлем за велосипед се заштитени со патенти за дизајн. Патентите на растенијата се начинот на кој ги заштитуваме измислените или откриените асексуално репродуцирани сорти на растенија. Хибридни чаеви рози, пченка од сребрена кралица и домати од подобро момче се сите видови на патенти за растенија.

Познати патенти

Безбедносен игла: Патентот за „игла за безбедност“ е издаден на 10 април 1849 година на Валтер Хант, од Newујорк. Игличката на Хант беше направена од едно парче жица, која на едниот крај беше завиткана во пружина и на другиот крај имаше посебна спојка и точка, дозволувајќи ја точката на жицата да биде принудена од пролетта во затворачот.

Машина за миење садови: Патент за прва практична машина за миење садови е издаден на 28 декември 1886 година на Josephозефин Гарис Кохран од Шелбивил, Илиноис. Таа беше богата, често се забавуваше и сакаше машина што може брзо да ги мие садовите и без да ги крши. Кога не успеа да најде еден, таа самата го изгради.

Како да се регистрира патент

Секоја земја, или понекогаш регион има свои постапки за патент. На пример, во Европа, постои Европска канцеларија за патенти; во Соединетите држави, Заводот за патенти и трговски марки на САД управува со процесот на патент. Каде и да сте, треба да го дизајнирате вашиот производ на хартија или на компјутер и конкретно да покажете зошто вашиот дизајн е различен од другите. Лево е еден од првите цртежи на шишето Кока Кола, а десно е копија од дизајнот на патентот. Исто така, треба да проверите дали некој друг веќе го измислил она што мислите дека го сторивте! Обидете се да побарате трговска марка на www.uspto.gov/patents.

Што е биомимика?

Луѓето отсекогаш биле инспирирани од природата - и инженерите не се исклучок! Низ историјата, структурите, системите и материјалите развиени од инженерите имале корени во природните структури, системи и материјали. На пример, ехолокацијата што ја користат лилјаците во мракот помогнаа да се дојде до подобрување на технологијата на трска за слепите лица. Други, пак, се осврнаа на методите што бубачките ги користат за извлекување вода од магла, или како структурата на лотосовиот лист може да помогне да се задржи влагата од површината - ова доведе до промена на површината на ткаенините во нано скалата, така што и тие ја одбиваат водата. И, геко лентата имитира храна на густо гуштер со вклучување наноскопски влакна. Другите инженери го разгледале начинот на кој термитите за градење кули имаат структури дизајнирани да одржуваат постојана температура во климата со широки температурни лулашки. Зградата Истгејт во Хараре, Зимбабве има пасивни системи за само ладење, направени според насипите на термитите. Зградата, мешавина од канцеларии, продавници и паркинг за автомобили, во просек троши 90% помалку енергија отколку споредлива конструкција заштедувајќи повеќе од 3.5 милиони УСД од отворањето во 1990-тите.

Како крилјата на пеперутките може да ја намалат банкарската измама

Научниците и инженерите од универзитетот во Кембриџ неодамна откриле начин за имитирање на зачудувачки светли и убави бои пронајдени на крилјата на тропските пеперутки. Наодите може да имаат важни апликации во безбедносната индустрија за печатење, помагајќи да се направат банкарски белешки и кредитни картички потешки за фалсификување. Имитирањето на најшарените, привлечни површини на природата се покажа како недостижно. Ова делумно се должи на тоа што наместо да се потпираат на пигменти, овие бои се произведуваат со отскокнување на светлината од микроскопските структури на крилјата на инсектите. Матијас Коле, соработувајќи со професорот Улрих Штајнер и професорот remереми Баумберг од Универзитетот во Кембриџ, ја проучуваа пеперутката од Индонезискиот паун или ластовичката (Папилио блумеи) структури кои личат на внатрешноста на картонска јајце. Поради нивната форма и фактот дека се составени од алтернативни слоеви на кутикулата и воздухот, овие структури произведуваат интензивни бои. Користејќи комбинација на процедури за нанофабрикација - вклучувајќи само-склопување и таложење на атомски слој - Коле и неговите колеги направија структурно идентични копии од скалите на пеперутките, и овие копии ги произведоа истите живописни бои како крилјата на пеперутките. Освен што им помага на научниците да добијат подлабоко разбирање за физиката што стои зад боите на овие пеперутки, можноста да ги имитираме има ветувачки апликации во безбедносното печатење.

Зимски олимписки игри во Кина

Националниот воден центар во Пекинг, кинеска структура стои на огромни извртени греди околу надворешноста слично на гнездо. Дизајнерскиот тим проучувал безброј природни гнезда за разбирање на ткаечкиот образец на конците. Стотици модели беа создадени за дизајнот.

Луѓето отсекогаш биле инспирирани од природата - и инженерите не се исклучок! Низ историјата, структурите, системите и материјалите развиени од инженерите имале корени во природните структури, системи и материјали. На пример, ехолокацијата што ја користат лилјаците во мракот помогнаа да се дојде до подобрување на технологијата на трска за слепите лица. Други, пак, се осврнаа на методите што бубачките ги користат за извлекување вода од магла, или како структурата на лотосовиот лист може да помогне да се задржи влагата од површината - ова доведе до промена на површината на ткаенините во нано скалата, така што и тие ја одбиваат водата. И, геко лентата имитира храна на густо гуштер со вклучување наноскопски влакна. Другите инженери го разгледале начинот на кој термитите за градење кули имаат структури дизајнирани да одржуваат постојана температура во климата со широки температурни лулашки. Зградата Истгејт во Хараре, Зимбабве има пасивни системи за само ладење, направени според насипите на термитите. Зградата, мешавина од канцеларии, продавници и паркинг за автомобили, во просек троши 90% помалку енергија отколку споредлива конструкција заштедувајќи повеќе од 3.5 милиони УСД од отворањето во 1990-тите.

Како крилјата на пеперутките може да ја намалат банкарската измама

Научниците и инженерите од универзитетот во Кембриџ неодамна откриле начин за имитирање на зачудувачки светли и убави бои пронајдени на крилјата на тропските пеперутки. Наодите може да имаат важни апликации во безбедносната индустрија за печатење, помагајќи да се направат банкарски белешки и кредитни картички потешки за фалсификување. Имитирањето на најшарените, привлечни површини на природата се покажа како недостижно. Ова делумно се должи на тоа што наместо да се потпираат на пигменти, овие бои се произведуваат со отскокнување на светлината од микроскопските структури на крилјата на инсектите. Матијас Коле, соработувајќи со професорот Улрих Штајнер и професорот remереми Баумберг од Универзитетот во Кембриџ, ја проучуваа пеперутката од Индонезискиот паун или ластовичката (Папилио блумеи) структури кои личат на внатрешноста на картонска јајце. Поради нивната форма и фактот дека се составени од алтернативни слоеви на кутикулата и воздухот, овие структури произведуваат интензивни бои. Користејќи комбинација на процедури за нанофабрикација - вклучувајќи само-склопување и таложење на атомски слој - Коле и неговите колеги направија структурно идентични копии од скалите на пеперутките, и овие копии ги произведоа истите живописни бои како крилјата на пеперутките. Освен што им помага на научниците да добијат подлабоко разбирање за физиката што стои зад боите на овие пеперутки, можноста да ги имитираме има ветувачки апликации во безбедносното печатење.

Зимски олимписки игри во Кина

Националниот воден центар во Пекинг, кинеска структура стои на огромни извртени греди околу надворешноста слично на гнездо. Дизајнерскиот тим проучувал безброј природни гнезда за разбирање на ткаечкиот образец на конците. Стотици модели беа создадени за дизајнот.

Инженерска тимска работа и планирање

Вие сте дел од тим инженери со оглед на предизвикот за развој на систем или зграда што би се засновала на Месечината што се базира на производ или систем што се наоѓа во природата. Researchе истражувате идеи преку Интернет, а потоа ќе работите како тим за да развиете нацртан дијаграм. Исто така, ќе размислите за патентирање на вашата идеја и презентирање на вашите дизајни пред вашата класа.

Фаза на истражување

Прочитајте ги материјалите што ви ги дава наставникот. Доколку имате пристап до Интернет, посетете ја Asknature.org и одвојте малку време да ги истражите различните предизвици и решенија што ги нуди природата. На пример, може да пребарувате „складирајте кислород“ или „термити“ или што било поврзано со она на што размислувате да работите. Добијте идеи гледајќи на што работат другите.

Фаза на планирање и дизајнирање

Леонардо да Винчи студирал како летаат птиците и исто така цртал сложени илустрации за неговите дизајни како подготовка за изградба. На ист начин, Georgeорџ де Местрал, швајцарски инженер кој планинарел на Алпите, открил дека многу избивања од дрво од грозд се држат до неговата облека he. Тој подоцна го измислил она што сега е познато како Велкро. Но, тој исто така мораше да ги нацрта своите идеи за да добие патент за неговиот изум. Можете да видите една страница од неговиот патент надесно. Механизацијата на процесот на ткаење на куките траеше осум години, и требаше уште една година да се создаде разбојот што ги исече петелките откако ги ткаеше. Му требаше околу една деценија да создаде механизиран процес што ќе функционира. Тој ја достави својата идеја за патент во Швајцарија во 1951 година, а патентот беше доделен во 1955 година.

Сега ти е редот! На посебен лист хартија нацртајте детален дијаграм што покажува неколку погледи на вашиот систем, слично на она што може да биде потребно за патент. Презентирајте го овој план пред вашиот час. Бидете сигурни дека наведете ги материјалите што можеби ви требаат и вклучете пасус или повеќе што опишува како работи вашиот изум и како тој се однесува на природата .... што го прави пример за биомимика?

Фаза на презентација

Презентирајте ги вашите идеи, цртежи и поврзаност со биомимиката пред часот, пополнете го листот за рефлексија.

Одраз

Пополнете ги прашањата за рефлексија подолу:

1. Која беше најинтересната предложена употреба на биомимика што беше развиена во вашите презентации на часови? Зошто?

2. Дали мислите дека вашиот дизајн е патентиран? Дали е доволно уникатно за да се одобри?

3. Дали мислите дека вашиот производ, зграда или систем би работел доколку се произведе?

4. Дали мислите дека би можеле да соберете средства за плаќање на производството? Како би сакале да соберете средства?

5. Дали мислите дека многу инженери истражуваат решенија од природата во нивните пронајдоци?

6. Дали сметавте дека работата како тим го олесни или отежна овој проект? Зошто?