10 neuvěřitelných pokroků v biomedicíně

Bioměmetika je věda, jak se přirozeně díváme na odpovědi na naše technologické problémy. Používáte biomimetické technologie každý den. Velkro, například, byl vynalezen poté, co George de Mestral si všiml, jak se ostružiny používají drobné háčky, které se drží na kůži svého psa. Zatímco Velcro je příliš běžné, aby vyhodilo nikoho na mysl, v posledních letech jsme použili přesně stejný proces k tomu, abychom vybudovali technologie, které nejsou nijak neuvěřitelné.

10 UltraCane

V přírodě je ultrazvuk nejvíce skvěle využíván netopýři k nalezení kořisti. Věda, která stojí za tím, je docela jednoduchá: Vystřelíte zvukovou vlnu a zaznamenáte čas potřebný k tomu, aby se ozvěna vrátila poté, co něco odskočila. Pokud víte, jak rychle se pohybuje sonická vlna, můžete zjistit, jak daleko je překážka. Netopýři to dělají přirozeně. Lidé ne.

Takže výzkumníci na univerzitě v Leedsu ve Velké Británii se podívali na netopýři, kteří inspirovali vybudování ultrazvukové hole pro slepé lidi. Myšlenka byla dost jednoduchá, ale to, co nepředpokládali, bylo způsob, jakým se lidský mozek stal tak vnímavým k novému smyslu. Trubice funguje vysíláním ultrazvukových signálů, měřením doby odezvy ozvěny a konverzí těchto dat na vibrace v rukojeti třtiny. Když se objekt přiblíží, vibrace jsou silnější.

Když byla zkoumána hůlka, zjistili, že mozky testovaných subjektů snadno přijali vstup a začali budovat nový typ prostorového uvědomění založeného pouze na vibracích, které přicházejí přes jejich dlaně. Během času vědomě přestali cítit vibrace a postavili okamžitou mentální mapu svého okolí - jejich mysli vystřihovali prostředníka v prospěch účinnější interpretace pocitu.

9 robotické robotiky

Harvard není jediná výzkumná organizace, která má za úkol poskytnout robotickým schopnostem komunikovat a učit se od sebe navzájem. Technologický institut v New Jersey také rozvíjí roj robotů s mentální mentalitou a už se jim podařilo. Modelovaný po chování kolonií mravenců, je robot schopen vyzdvihnout rozhodnutí ostatních robotů a sledovat jejich chování - bez jakéhokoliv programování.

Roboty samy nevypadají jako mravenci - podobně jako futuristické kostky ledu - ale každý z nich má dva světelné senzory, které se chovají jako mravenčí antény, které vybírají stopu feromonů. Individuálně hloupé, roboty se mohou pohybovat pouze dopředu a smyslně osvětlovat. Každý robot byl sledován projektem, který na své cestě nechal skvrny světla, něco jako stopa strouhanky a pokaždé, když robot narazil na jinou cestu robota, světla se zesílily.

Na začátku experimentu se všichni robotové pohybovali náhodně a chaoticky. Nakonec se sjednotili do vlaku po jediné cestě. Stejně jako mravenci nečiní "volbu", když udělají něco jiného; to vše je založeno na jádrovém programu, který jim říká, aby sledovali určitý signál. U mravenců je tento signál feromonovou stopou, kterou nechávají ostatní mravenci. S robotickými roboty je to světlo.

8 samočisticí barva

Ne všichni pokroky v biomimikrii mají co do činění s roboty. Ve skutečnosti většina ne; roboti jsou o to zajímavější. To znamená, že jedním z nejzajímavějších biomimetických vynálezů v posledních letech je barva, která je modelována po listy lotosového květu.

Lotusové listy mohou vypadat hladce, ale na mikroskopické úrovni jsou pokryty miliony malých hrotů. Hroty odpuzují nečistoty a vodu tím, že minimalizují plochu povrchu listové vody, jen se odvíjí, protože není dostatek kontaktu k vybudování atraktivity. Tím, že jako model, německá společnost vyvinula barvu, která na vnější straně používá komplexní mikrostrukturu, aby zabránila tomu, aby se věci nalepily na barvu. Pod mikroskopem vypadá suchá barva jako surrealistická krajina pokrytá sochami.

Částice nečistot mohou být stále chyceny na výčnělcích, ale nejmenší splash vody je odstraní. Jinými slovy, barva je v podstatě samočistící. A jako lotosové listy, voda sama sklouzne hned. NASA také používá myšlenku lotosu na vybudování povlaku pro kosmetické předměty a rovery, aby zabránil bakteriím zastavit se do vesmíru.

7 vícestranných fotoaparátů

Kdybyste měli mikroskop, hodně času a líný létat, mohli byste spočítat všechny jednotlivé aspekty v oku domácího mouchy. Tam je asi 28,000-každý s jeho vlastním objektivem a světlo snímání nerv. Složené oči jsou jedním ze zázraků přírody: Umožňují hmyzu, aby si všiml až 180 stupňů kolem sebe a nabídl pocit hloubky, o čemž lidé mohou jen snít.

S využitím této myšlenky výzkumníci na univerzitě v Illinois postavili mnohostrannou kameru, která se skládá ze 180 čoček, z nichž každý je připojen k jednotlivému fotodetektoru. Toto pole bylo postaveno na pružnou gumovou rohož, která byla potom zakřivena do polokulového tvaru. Vstup ze všech čoček je kombinován do jednoho snímku, takže se díváte na běžný obraz, na rozdíl od, například, banky monitorů. A celá věc - čočky a elektronika - je jen o průměru centimetru (.4 in).

Cílem týmu je využít kamery pro letecký dohled na robotických dronech. Ale i stacionární kamera by byla obrovským zlepšením oproti současným kamerám. Položte dva z těchto "ohebných očí" dozadu a máte 360 ​​stupňový výhled. V současné době pracují na novém modelu, který zdvojnásobuje počet čoček.

6 povlaků žraločích kůží

Když v roce 2004 získal Michael Phelps šest zlatých medailí, měl na sobě plavky nazvané Fastskin, vyvinuté společností Speedo. Fastskin je pokryta malými hrbolky, které napodobují pokožku žraloka. I když plavky byly současně zakázány a prohlášeny za neúčinné, myšlenka využití žraločích kůží jako modelu pro hi-tech materiály není daleko mrtvá.

Žraločí kůže je pokrytá vrstvou překrývajících se kousků, nazývaných tuky. Vypadají jako mikroskopické zuby a směřují k zadní straně žraloka. Když žralok plave, přední okraje zubů vytvářejí mikro víry, které v podstatě táhnou žralok dopředu a umožňují tak rychleji plavat. A vzhledem k tomu, jak se ohebují, jiné organismy, jako jsou řasy a barnacles, se na něho nemohou chytit. To je důvod, proč se velryby často nacházejí zakryté barnacles, ale žraloci nikdy nejsou.

Americké námořnictvo zkoumá aplikace na použití povlaků inspirovaných kůrou ze žraločích kůží na vnější straně svých ponorek, což by jim zrychlilo a zabránilo tomu, aby se mušty a barnacles hromadily na jejich trupech, jejichž vyčištění je 50 milionů dolarů za rok práce. Nemocnice se také dostávají do hry: Materiál známý jako Sharklet je již používán na dveřních klikách v kalifornských nemocnicích, aby zastavil patogeny, jako je E. coli, z vytváření kolonií. Nejlepší je, protože to není chemická odpudivost, neexistuje způsob, jak bakterie stavět odpor.

5 SCRATCHBot

Hledání nových způsobů, jak zažít svět, bylo vždy zakořeněno ve zvířecím světě. Vytvořením robota, který vypadá a působí jako potkan, se vědci na univerzitě v Sheffieldu dostali do pohybu, aby zjistili, že lidé nikdy nebudou zažívat: vousy. Pod názvem SCRATCHBot je jediným účelem robota jednat jako prostředek pro nejmodernější syntetické vousy - a mozku, který může interpretovat data a dát je k použití.

Vzhledem k tomu, že krysy jsou většinou noční, používají často kousky pro navigaci více než jejich zrak. Při vytváření souboru funkčních vláken používali badatelé skleněná vlákna, která obsahovala snímače s Hallovým efektem (senzory, které měří rozdíly napětí na základě proudového a magnetického pole). Malé magnety v kobylkách poskytují magnetické pole a když se kousky nůžou na něčem, snímače zachycují změnu napětí z pohybu magnetů. To umožňuje, aby SCRATCHBot "viděl" objekty přes kníry.

"Mozkem" krysy je počítačový neuronový model, který přijímá informace od kníry, zpracovává je a posílá příkaz k nohám (odbočte vlevo, odbočte vpravo atd.). Celý design je založen na neuvěřitelně hloupé kryse - nemá kůru s vysokou hladinou, ale může i nadále ovládat základní funkce motoru.

4 Organické solární články

Solární články citlivé na barvivo jsou typ solárních článků, které využívají speciální barvu pro zachycení sluneční energie. Když slunce zasáhne barvivo, molekuly reagují a vyrábějí elektřinu. Tyto solární články jsou levnější než jejich silikonové protějšky, ale mají jeden problém: Barva se po krátkém čase zhoršuje a v podstatě vás opouští zbytečným čtvercem plastu.

Ovšem mechanismus barviva se příliš neliší od toho, co nacházíte při přirozené fotosyntéze, když rostlina přemění sluneční světlo na energii. Takže výzkumníci na státní univerzitě v Severní Karolíně začali hledat pokojové rostliny, aby zjistili, co je odlišuje. Výsledkem byla solární buňka s vnitřním cévním systémem, který cykluje barvení rozvětvenou sítí žil. Když se barvivo degraduje až do té míry, že již nevytváří žádnou elektřinu, je vyskočeno a nahrazeno čerstvým proudem barviva, jako rostlina, která dodává živiny svým listům.

3 T8 SpiderBot

Pokud jsou pavouky věci, ze kterých se rodí noční můry, Robot T8 Octopod je noční můra s cenou. Robotikové se už roky snaží napodobit architekturu pavouka. S osmi nohami získáte bezprecedentní úroveň stability, což je ideální pro vyhledávače a záchranáře robotů v oblastech katastrof. A zatímco jsme měli jiné verze robotů podobných pavoukům, bylo vždy obtížné navrhnout jeden s dostatečným vnitřním ovládáním pro všechny osmi nohy, aby se mohli pohybovat jednotně, a přesto si zachovávají schopnost pohybovat se odděleně, pokud je potřeba.

Robot Octopod T8 používá jedinečný hnací motor navržený speciálně k překonání této překážky. Je ovládán na dálku a pomocí jednoduchého příkazu procesor na palubě vypočítá trajektorii nohou, ovládání motoru a inverzní kinematiku pro koordinaci 26 jednotlivých motorů. Výsledkem je téměř také živě.

2 samočinné dráhy

Čipy s integrovanými obvody se používají prakticky v každém elektronickém zařízení, které bylo dnes vytvořeno, a navzdory jejich malým rozměrům má většina čipů miliony tranzistorů rozložených po ploše, která není širší než hlava hřebíku. Pokud se zlomí jeden kus, celá věc bude zbytečná. Ale co kdyby se váš mobilní telefon nebo váš počítač opravil jako imunitní systém, který bojoval proti infekci? V blízké budoucnosti to může být velmi reálná možnost.

Inženýři z Kalifornského technologického institutu vytvořili to, co nazývají "nezničitelnými okruhy". Prokázali, že je pod mikroskopem uchopili, roztavili je laserem a sledovali, jak je to způsob, jak pokračovat v práci. Čipy jsou mikroskopické; to by trvalo asi 75 na pokrytí obličeje penny. Kromě všech obvodů potřebných pro hlavní účel čipu obsahuje každý čip řadu snímačů a palubní centrální procesor, který detekuje poškození a vyčísluje nejúčinnější způsob, jak získat vše znovu a znovu.

Testovali desítky čipů vybavených schopností samoléčebného zpracování a bez ohledu na to, jakou část čipu je zničena, vždy najde způsob, jak přesměrovat procesy okruhu za méně než vteřinu. A není naprogramováno pro žádné konkrétní hrozby, jako je imunitní systém těla, posuzuje škody samo o sobě a ukáže, jaké kroky potřebuje. Jediná věc, která nám zbývá, je vyhledat John Connor.

1 parazitické kožní štěpy

Existuje parazit nazvaný Pomphorhynchus laevis který používá hroty v hlavě, aby vytrhl díru ve střevech zvířete, a poté strčil hlavu dovnitř a nafoukl své tělo, aby se držel na svém místě. Je tohle nepravděpodobné monstrušnost, která inspirovala lékařské vědce, aby vyvinuly nový typ kožního štěpu. Kožní štěpy jsou náplasti pokožky, které jsou transplantovány z jedné části těla do druhé, obvykle k pokrytí těžkého popálenin.

Doposud byly kožní štěpy obvykle drženy na místě se sponami, které nesou vysoké riziko infekce. Tento nový biomimetický kožní štěp na druhé straně kopíruje téměř vše od nejstrašnějšího parazita, o němž se dnes asi bude číst. Štěp má hromadu mikročoček, které se zvětšují, když jsou vystaveny vodě. Jehly jdou do kůže poměrně snadno a jakmile jsou uvnitř, vyfoukají jako balón, aby držely štěp na místě. Další výhodou oproti sponkám, které ve skutečnosti nakonec roztrhají tkáň kolem nich, je to, že jsou mikrony tlačit tkáně na stranu, spíše než poškozovat.