“Život pronalazi način” – Primjena lekcija iz evolucija za odlazak na Mars

Mars, četvrta stijena sa Sunca. Uvećaj / Mars, the četvrta stijena sa Sunca. NASA

Kao što je filozof-matematičar Jeff Goldblum jednom rekao, “život, uh, pronalazi način. ”

Zaključno, znanstveno, evolucija je imala milijarde od godina pokušaja i pogrešaka za proizvodnju vrsta koje su dobro prilagodio se kemijski i fizički. Mnogi istraživači ljudi to žele oponašaju tu prilagodbu, okrećući lekcije iz prirodnog svijeta u praksi u inženjerstvu, tehnologiji i arhitekturi. cijeli pothvat ide pod imenom “biomimikrija.”

Daljnje čitanje

Imate znanstveni problem? Ukrasti odgovor iz prirode

“Mislim da je biomimikrija zaista lijepa”, kaže Ariel Ekblaw, a.s. student MIT-ovog Media Lab-a, koji je osnovao i vodio Media Lab Inicijativa za istraživanje svemira. “To je i okvir i … skup alata ili saznanja iz prirode koja mogu moderno informirati inženjerski i znanstvenoistraživački projekti. ”

Da vidim spektar biomimikrijskog istraživanja, prisustvovao sam trodnevna radionica pod nazivom „Istraživanje nadahnuto prirodom za Zrakoplovstvo. “Radionicu je podržalo NASA-ino istraživanje Glenn Centar, zrakoplovni institut Ohio i biomimikrija Velikog jezera. Unatoč zrakoplovnom fokusu, program se kretao uspravno biologija do filozofskih upita o razlozima za to biomimikrija u prvom redu.

Držanje prirode za inovacije

Klasičan primjer biomimikrije je Velcro®. 1941. Švicarci inženjer George de Mestral crpio je inspiraciju za naljepnice krzno njegovog psa kako bi se na njemu stvorio već poznati sustav vezivanja sitne kukice i petlje.

Ali Velcro® djeluje primitivno u usporedbi s modernom biomimikrijom projekti. Istraživači gledaju kitove papuče kako bi se poboljšali dizajne vjetroagregata, obične trske (Phragmites australis) koje se moraju prigušiti zvukovi iz aerodroma i bočne zmije za izgradnju robota koji to čine može se penjati na teške padine. Drugi proučavaju organizme koji žive u njima ekstremna okruženja – pustinje visoke nadmorske visine, duboko morski vulkani otvori, Antarktika – kako bi se razumjelo kako ljudi mogu živjeti mjesta koja nedostaju resurse, bilo na Zemlji, Mjesecu ili Marsu.

Osnovni cilj NASA-ine radionice biomimikrije bio je crtanje zajedno ljudi iz mnogih disciplina u nadi da će ih potaknuti suradnja s NASA-om na budućnosti zrakoplovne tehnologije. Mnogi NASA-ini istraživači su zainteresirani za biomimikriju zbog nje obećava čistu efikasnost, a treba imati u vidu visoke troškove transport materijala u svemir. Ali, tu je i izgled za eliminirajući potrebu da se stvari u potpunosti prevoze. Organizmi grade iz raspoloživih sirovina svog okruženja, u obliku hrane (međutim definirane) i izvora okoliša voda.

Na primjer, ako bi se moglo nastati ili sagraditi stanište na Marsu iz modularnih komponenti – koristeći materijale dobivene na Marsu sam, potencijalno bi uštedio veliku masu tijekom lansiranje sa Zemlje. To se, pak, pretvara u uštedu goriva, što mu omogućava da svemirski brod nosi i druge važne teret.

Growing food and creating a livable environment are two inženjerski izazovi na Marsu koji su jednako važni kao i stvaranje  gorivo.  Rješenja u stvarnom svijetu, nažalost, vjerojatno će se malo razlikovati od    Martian's depiction.uvećati / Uzgoj hrane i stvaranje ugodnog okruženja su dva engineering challenges on Mars that are just as important as makingfuel. Real-world solutions will, sadly, probably differ a bit fromMarsovski prikaz.Marsijan

Zeleni pojmovi

„Biomimikrija sama po sebi nije baš novi koncept; zapravo je prilično star “, kaže Teresa McNulty koja studira biomimikriju Centar Državnog sveučilišta Arizona. „[Drevne civilizacije] bi zabilježiti što promatraju u prirodi, a zatim to koristiti na neki način informirati bolje dizajne i nove tehnologije. ”

Suvremena istraživanja biomimikrije uzimaju ove stare ideje i primjenjuju njih na sistematski način. Polje je intrinzično interdisciplinarno, donoseći biologe, robotike, materijale znanstvenici i inženjeri svih okusa. Razgovor s biomimikrijom istraživačima, nije neuobičajeno pronaći ljude s više stupnjeva u naoko nepovezanim poljima – poput inženjera koji sada proučavaju moljce krila ili vršiti terenske radove u Južnoj Americi.

McNulty, na primjer, radio je u metalurgiji i materijalima znanost ranije. Njezin interes za biomimikriju uvelike potječe od snažni interes za održivost.

“Priroda elegantno koristi mali podskup materijala periodična tablica elemenata i zapravo je u stanju proizvesti materijala s temperaturom okoline “, kaže ona.

Drugim riječima, bez mogućnosti da se drastično promijene temperaturu ili kemiju okoliša kao što to čine ljudi, organizmi rastu, konzumiraju i razmnožavaju se pomoću resursa i uvjeti koje imaju na raspolaganju. Suprotno tome, ljudska proizvodnja u industrijalizirane nacije često se oslanjaju na visoke temperature, neučinkovita potrošnja vode i teško dostupnih materijala ekstrakt ili recikliranje (kao što su rijetki zemaljski elementi neophodni za elektronika). Ipak, bez mogućnosti da se drastično promijene temperaturu ili kemiju okoliša kao što to čine ljudi, organizmi rastu, konzumiraju i razmnožavaju se koristeći resurse koje posjeduju imaju na raspolaganju.

To ne znači da “priroda” (slabo definirano) ima to najbolji ili najučinkovitiji načini činjenja ili one biomimikrije jedini način za poboljšanje stvari poput vađenja resursa i inženjering. Umjesto toga, možemo analizirati poznate uspjehe evolucije i koristiti ih kao model za poboljšanje postojeće prakse. To je tema koja se ponavljala iznova i iznova tijekom Istraživanje inspirirano prirodom za zrakoplovnu radionicu.

“Jedna stvar koja me zaista privlači u vezi s biomimikrijom je ta održivost je temeljna ugrađena jezgra, “kaže McNulty. Da uključuje uklanjanje ili minimiziranje otpada koji se ne može reciklirati. Nakon svega, vrlo malo otpadnih produkata organizama ne mogu koristiti neki drugi organizam. “Doista se nadam da ću pomoću biomimikrije u sustavu na razini, možete dobiti i održiviji sustav materijala od kolijevke do groba, u kojem slučaju “grob” ne postoji više.”

The axolotl, a salamander capable of regenerating lost limbs, was među stvorenjima koja su izložena u Američkom prirodnom muzeju  History exhibit on extremophiles in recent years.uvećati / Asolotl, salamander sposoban za regeneraciju izgubljenih udova, bio je among the creatures on display at an American Museum of NaturalPovijest eksponira ekstremofile posljednjih godina.AMNH

Ekstremni život, ekstremni inženjering

Učinkovitost korištenja resursa više je od zelenog izbora dizajna za istraživanje svemira: to je apsolutna potreba. Bilo koji materijal koji se ne mogu reciklirati ili preraditi je gubitak prostora i mase; trošeni resursi ili opasni krajnji proizvodi mogu biti opasni ili kobno za astronaute. Potencijalne misije s posadom na Mars su na mnogim Iz tog razloga, umovi istraživača biomikrije

Čak se i kratkoročno putovanje Marsom mjeri mjesecima. Thešto duže ostaje, teže su problemi života postati.

Da razmisle o tim problemima, istraživači biomimikrije gledaju “Ekstremofili”, organizmi koji žive u najtežim uvjetima na Zemlja (barem po ljudskim mjerilima). Mars je istovremeno hladno, suho, kemijski neprijateljski i okruženje visokog zračenja. Kao Zbog toga mnogi istraživači biomikrije orijentirani na svemir gledaju kako pustinjske biljke ekstrahiraju i pročišćavaju vodu za njihovu upotrebu, kako gljivice uspijevaju u okruženjima visokog zračenja kako proteini omogućuju insektima da se tijekom savijanja velikih struktura poput krila unutar malih pupa metamorfoza i tako mnogo više. Po riječima Terryja Pratchetta, „Život živi svuda što život može. Tamo gdje život ne može, to traje malo duze.”

Claudia Rivera s Nacionalnog autonomnog sveučilišta u Meksiku govorio na konferenciji o “geniju mjesta”, ili kako organizmi se prilagođavaju specifičnim uvjetima na nekom mjestu. Nju primjer je pustinja Atacama u Čileu, koja je bogata i složeni ekosustav iako je na vrlo visokoj nadmorskoj visini najsuša pustinja izvan Antarktike. (Atacama možda nema primili su sve mjerljive kiše između 1570. i 1971 .; čak i danas, akumulirana količina kiše mjeri se u milimetrima.) Znanstvenici procijenite da je pustinja možda presušila 3 milijuna godina ili više, što znači da je život imao dovoljno vremena da se prilagodi svojim uvjetima.

Daljnje čitanje

Čileanske ekstremofilne bakterije uspijevaju u Marsovim uvjetima

Rivera je navela llaretu, biljku Atacama koja tolerira ekstrem nedostatak vlage, jaki vjetrovi (i vrući i hladni), i intenzivni sunce. Izvana llareta sliči mahovitom gromadu ili ravna mat mahovina; iznutra, to je gusti zaplet grana. Ova struktura minimizira vuku vjetra, ali također zaključava vlagu i ograničava isparavanje. Llareta proizvodi i smole kojima pomaže biljka odolijeva smrzavanju.

Budući da su tla Atacama puna soli i alkalija kemikalije, dostupna voda je toksična za mnoge organizme (uključujući ljude). Uz to, ta voda je često u obliku razmjerno malog broja molekula zalijepljenih za tlo čestica, a ne zasićenija tla vlažnijih mjesta. Pustinjske biljke izvlače soli iz tla i izlučuju ih na svoje lišće ili filtriraju kemikalije koje bi u suprotnom bile toksične njima.

Ipak biljke još uvijek imaju dovoljno ekstrakta za život. Da kažem drugi način: kada je vode malo, organizmi si ne mogu priuštiti metaforički okretati nos za stvari koje je teško dobiti ili ima loš ukus.

Kao što su pokazali brojni robotski sondi, podzemna voda uključena Mars je obilan, osobito na visokim širinama. Međutim, to je općenito smrznuti i pomiješani sa perkloratnim solima, sulfatima i druge kemikalije gadne ljudskim istraživačima – koliko i voda u Pustina Atacama toksična je i teško je dobiti.

Bilo da ga pijete, upotrebljavate ga za uzgoj hrane ili ga prerađujete u komponentu goriva za povratak na Zemlju (različita mogućnost, jer će biti dovoljan transport dodatnog goriva za povratak kući biti vrlo skupo), očito će ljudi trebati koristiti Martian voda, ma koliko bila otrovna.

Ostali ekstremni organizmi također bi mogli pomoći pokazati put. Puno vrste bakterija imaju membrane koje dopuštaju vodu, ali odbijaju otrovne kemikalije. Biljke poput svetog lotosa imaju lišće nepropusno za vodu, koje im omogućuje odvajanje vode prljavština samo pomoću gravitacije. Kao što je Andrew Trunek iz NASA-e rekao u svome konferencijski razgovor, sve što astronauti na Marsu trebaju učiniti kako bi dobili voda, organizmi su se evoluirali bez korištenja nuklearne energije biljka. Ako možemo naučiti raditi isto, ljudi će imati puno lakše vrijeme na Crvenoj planeti.

Samostalno sastavljanje svemirskih stanica

MIT-ov Ekblaw identificira dva glavna pristupa biomimikriji istraživanje: usmjereno na probleme koji često privlači inženjere i radoznalost, što je čist za znanstvenike.

“Prvenstveno sam vođen problemima u tome što sam zrakoplovni istraživač struktura gleda skalabilni, niskoenergetski, učinkoviti način sastavljanja arhitekture u okruženjima nulte gravitacije “, rekla je kaže. “Sadašnji model Međunarodne svemirske stanice je vrlo složene, vrlo skupe, [i] vrlo rizične u smislu ljudski život sastaviti. Kako možemo gledati u prirodu po uzoru na samo-sklapanje – elegantan, jednostavniji i učinkovitiji način donošenja komada zajedno?”

Ekblaw predviđa modul svemirske stanice koji se sastavlja poput a trodimenzionalna slagalica. Upute za sastavljanje su sve kodirano kao dio komada puzzle, umjesto da zahtijeva robotizaciju ili ljudska intervencija za sastavljanje modula. Organizmi to čine trik za samostalno sastavljanje na više razina: proteini tvore mreže; kolonijalne skupine ameba zajedno u gnojni agregat koji indeksiranja; mravi zajednički čine most preko praznina. Skupština ne treba inteligencija – samo jednostavna kemijska ili električna komunikacija među njenim komponentama.

Tehnički samostalni sklop u kojem se mjere dimenzije u centimetrima ili metrima je izazovniji. To je zato potencijalno su mnogo više mogućih konfiguracija komada za doći zajedno. (Kao što ističe Ekblaw, ako je najpoželjnije konfiguracija s energetskog stajališta su komadi u kojima leže nasuprot uglovima, imate problem.)

“Kako možete ugraditi elemente te posljednje logike u sve pojedine jedinice tako da se oni učinkovito kombiniraju? ” Kaže Ekblaw. “Način na koji to radim u svom sustavu putem magneta, geometrija nagiba, [i] još nekoliko prijedloga. ” potonje uključuje “pristranost”, ili korištenje ventilatora za zrak ili neke druge mehanizam za pomoć u usmjeravanju dijelova jedan prema drugom.

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: