Биомимикрија у инжењерству

Дизајн изазов

Дио сте инжењерског тима који има изазов да развије систем или зграду која ће бити постављена на Мјесец. Систем или зграда треба да се заснивају на производу или систему који се налазе у природи. Истражићете идеје на мрежи, а затим заједно са тимом развити скицу свог дизајна. Такође ћете размотрити патентирање своје идеје.

kriterijumi 

• Дизајн који се поставља на Месец.
• Дизајн мора бити заснован на производу или систему који се налази у природи.

Ограничења

• Користите само достављене материјале.

Шта је патент?

Патент за проналазак је додељивање имовинског права проналазачу, издато од стране Завода за патенте и жигове државе. Поступак за додељивање патената, захтеви који се постављају према власнику патента и обим ексклузивних права увелико се разликују међу земљама у складу са националним законима и међународним уговорима. У Сједињеним Државама, рок трајања новог патента је 20 година од датума подношења пријаве за патент или, у посебним случајевима, од датума подношења раније повезане пријаве, под условом плаћања накнаде за одржавање. Корисни патенти штите корисне процесе, машине, производе и композиције материје. Неки примери: оптичка влакна, рачунарски хардвер, лекови. Патенти за дизајн чувају неовлашћену употребу нових, оригиналних и украсних дизајна за производне предмете. Изглед одређене атлетске ципеле или кациге за бицикл заштићени су патентима дизајна. Биљни патенти су начин на који штитимо изумљене или откривене несполно репродуковане биљне сорте. Хибридне чајне руже, кукуруз Силвер Куеен и парадајз Беттер Бои све су врсте биљних патената.

Познати патенти

Зихернадла: Патент за „сигурносну иглу“ издат је 10. априла 1849. Валтеру Хунту из Њујорка. Хунтов клин је направљен од једног комада жице, који је намотан у опругу на једном крају и одвојену копчу и шиљак на другом крају, омогућавајући да тачка жице опругом уђе у копчу.

Машина за прање судова: Патент за прву практичну машину за прање судова издат је 28. децембра 1886. године Јосепхине Гарис Цоцхран из Схелбивилле-а у држави Илиноис. Била је имућна, често се забављала и желела је машину која може брзо да пере посуђе, и то без ломљења. Када није успела да је пронађе, сама га је изградила.

Како се региструје патент

Свака држава, или понекад регион има своје поступке за патент. На пример, у Европи постоји Европски завод за патенте; у Сједињеним Државама, Амерички уред за патенте и жигове управља процесом патента. Где год да се налазите, морате дизајнирати свој производ на папиру или на рачунару и конкретно показати зашто се ваш дизајн разликује од осталих. Лево је један од првих цртежа боце Цоца Цоле, а десно копија дизајна патента. Такође треба да проверите да ли је неко други већ измислио оно што мислите да сте учинили! Покушајте да потражите заштитни знак на ввв.успто.гов/патентс.

Шта је биомимикрија?

Људи су увек били инспирисани природом - а инжењери нису изузетак! Кроз историју су структуре, системи и материјали које су развили инжењери имали корене у природним структурама, системима и материјалима. На пример, ехолокација коју слепи мишеви користе у мраку помогла је да доведе до побољшања технологије трске за слепе људе. Други су се осврнули на методе које бубе користе за цртање воде из магле или како структура лотосовог листа може помоћи да се влага удаљи од површине - то је довело до промене површине тканина на наноразмери, па и оне одбијају воду. А, геконска трака опонаша храну геконског гуштера тако што укључује наноскопске длаке. Други инжењери су гледали на начин на који термити за изградњу кула имају конструкције дизајниране да одржавају константну температуру у климама са широким температурним њихалима. Зграда Еастгате у Харареу у Зимбабвеу има пасивне системе за самохлађење по узору на термитне хумке. Зграда, мешавина канцеларија, продавница и паркинга, у просеку троши 90 одсто мање енергије од упоредиве структуре, уштедевши више од 3.5 милиона долара од отварања 1990-их.

Како би крила лептира могла да пресеку банкарске преваре

Научници и инжењери Универзитета у Цамбридгеу недавно су открили начин опонашања запањујуће светлих и лепих боја пронађених на крилима тропских лептира. Налази би могли имати важне примене у индустрији безбедносне штампе, помажући у отежавању фалсификовања новчаница и кредитних картица. Опонашајући најшареније, упадљиве површине природе показало се недостижним. То је делимично зато што се ове боје, уместо на пигменте, производе одбијањем светлости од микроскопских структура на крилима инсеката. Матхиас Колле, сарађујући са професором Уллрицхом Стеинером и професором Јеремием Баумбергом са Универзитета у Цамбридгеу, проучавао је индонежанског лептира Паун или ластавица (Папилио блумеи) (Слика десно је љубазношћу додељена: Университи оф Цамбридге), чије крилне љуске чине сложене, микроскопске структуре које подсећају на унутрашњост картона са јајима. Због свог облика и чињенице да се састоје од наизменичних слојева кутикуле и ваздуха, ове структуре производе интензивне боје. Користећи комбинацију поступака нано-израде - укључујући само-склапање и наношење атомског слоја - Колле и његове колеге направили су структурно идентичне копије лептирастих вага, а ове копије су произвеле исте живе боје као и крила лептира. Осим што помаже научницима да стекну дубље разумевање физике која стоји иза боја ових лептира, могућност опонашања има обећавајуће примене у безбедносном штампању.

Зимске олимпијске игре у Кини

Национални водени центар у кинеском Пекингу стоји на огромним увијеним гредама око спољашњости сличних гнезду. Дизајнерски тим проучавао је безброј природних гнезда како би разумео образац ткања нити. Неколико стотина модела је створено за дизајн.

Људи су увек били инспирисани природом - а инжењери нису изузетак! Кроз историју су структуре, системи и материјали које су развили инжењери имали корене у природним структурама, системима и материјалима. На пример, ехолокација коју слепи мишеви користе у мраку помогла је да доведе до побољшања технологије трске за слепе људе. Други су се осврнули на методе које бубе користе за цртање воде из магле или како структура лотосовог листа може помоћи да се влага удаљи од површине - то је довело до промене површине тканина на наноразмери, па и оне одбијају воду. А, геконска трака опонаша храну геконског гуштера тако што укључује наноскопске длаке. Други инжењери су гледали на начин на који термити за изградњу кула имају конструкције дизајниране да одржавају константну температуру у климама са широким температурним њихалима. Зграда Еастгате у Харареу у Зимбабвеу има пасивне системе за самохлађење по узору на термитне хумке. Зграда, мешавина канцеларија, продавница и паркинга, у просеку троши 90 одсто мање енергије од упоредиве структуре, уштедевши више од 3.5 милиона долара од отварања 1990-их.

Како би крила лептира могла да пресеку банкарске преваре

Научници и инжењери Универзитета у Цамбридгеу недавно су открили начин опонашања запањујуће светлих и лепих боја пронађених на крилима тропских лептира. Налази би могли имати важне примене у индустрији безбедносне штампе, помажући у отежавању фалсификовања новчаница и кредитних картица. Опонашајући најшареније, упадљиве површине природе показало се недостижним. То је делимично зато што се ове боје, уместо на пигменте, производе одбијањем светлости од микроскопских структура на крилима инсеката. Матхиас Колле, сарађујући са професором Уллрицхом Стеинером и професором Јеремием Баумбергом са Универзитета у Цамбридгеу, проучавао је индонежанског лептира Паун или ластавица (Папилио блумеи) (Слика десно је љубазношћу додељена: Университи оф Цамбридге), чије крилне љуске чине сложене, микроскопске структуре које подсећају на унутрашњост картона са јајима. Због свог облика и чињенице да се састоје од наизменичних слојева кутикуле и ваздуха, ове структуре производе интензивне боје. Користећи комбинацију поступака нано-израде - укључујући само-склапање и наношење атомског слоја - Колле и његове колеге направили су структурно идентичне копије лептирастих вага, а ове копије су произвеле исте живе боје као и крила лептира. Осим што помаже научницима да стекну дубље разумевање физике која стоји иза боја ових лептира, могућност опонашања има обећавајуће примене у безбедносном штампању.

Зимске олимпијске игре у Кини

Национални водени центар у кинеском Пекингу стоји на огромним увијеним гредама око спољашњости сличних гнезду. Дизајнерски тим проучавао је безброј природних гнезда како би разумео образац ткања нити. Неколико стотина модела је створено за дизајн.

Инжењерски тимски рад и планирање

Део сте тима инжењера који имају изазов да развију систем или зграду која би се заснивала на Месецу и која се заснива на производу или систему који се налази у природи. Истражићете идеје на мрежи, а затим заједно са тимом развити нацртани дијаграм. Такође ћете размотрити патентирање своје идеје и представити своје дизајне својој класи.

Фаза истраживања

Прочитајте материјале које вам је пружио ваш наставник. Ако имате приступ Интернету, такође посетите Аскнатуре.орг и одвојите мало времена да истражите разне изазове и решења која природа нуди. На пример, можете тражити „складиштити кисеоник“ или „термите“ или било шта у вези са оним на чему размишљате да радите. Стицајте идеје тако што ћете видети на чему други раде.

Фаза планирања и дизајна

Леонардо да Винци је и проучавао како птице лете, а такође је цртао сложене илустрације својих дизајна у припреми за изградњу. На исти начин, Георге де Местрал, швајцарски инжењер који је планинарио Алпима открио је да су се многе ране са чичка лепиле за његову одећу ... .касније је изумео оно што је данас познато као чичак. Али такође је морао да црпи своје идеје како би стекао патент за свој изум. Десно можете видети једну страницу његовог патента. Механизација процеса ткања удица трајала је осам година, а требало је још годину дана да се створи разбој који је обрезивао петље након њиховог ткања. Требало му је око деценије да створи механизовани процес који је функционисао. Своју идеју за патент предао је у Швајцарској 1951. године, а патент је додељен 1955. године.

Сад сте на реду ви! На посебном папиру нацртајте детаљан дијаграм који приказује неколико погледа на ваш систем, слично ономе што би могло бити потребно за патент. Представите овај план свом разреду. Обавезно наведите материјале који ће вам затребати и укључите параграф или више који описују како ваш изум функционише и како се односи на природу ... шта га чини примером биомимикрије?

Фаза презентације

Предајте предавањима своје идеје, цртеже и везу са Биомимицри-ом, комплетан лист за размишљање.

Рефлексија

Попуните питања за размишљање у наставку:

1. Шта је био најзанимљивији предложени начин коришћења биомимикрије који је развијен у вашим предавањима на часу? Зашто?

2. Да ли мислите да је ваш дизајн патентибилан? Да ли је довољно јединствено за одобрење?

3. Да ли мислите да би ваш производ, зграда или систем функционисао ако се произведе?

4. Да ли мислите да бисте могли прикупити средства за плаћање производње? Како бисте се бавили прикупљањем средстава?

5. Да ли мислите да многи инжењери истражују решења из природе у својим изумима?

6. Да ли сте мислили да је тимски рад овај пројекат учинио лакшим или тежим? Зашто?