自然からインスピレーションを得た5つのヒューマンテクノロジー

Sep 06, 2023

ノッティンガム・トレント大学知能工学システム教授

アミン・アル・ハバイベは、この記事から利益を得るであろういかなる企業や組織で働いたり、コンサルティングしたり、株を所有したり、資金を受け取ったりすることはなく、学術上の任命以外の関連する所属も明らかにしていません。

ノッティンガム トレント大学は、The Conversation UK のメンバーとして資金を提供しています。

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自然は、何百万年にもわたって、さまざまな課題に適応する解決策を進化させてきました。 人類が直面する課題がより複雑になるにつれて、私たちはますます自然からインスピレーションを得るようになっています。

生物学的プロセスを取得し、それを技術上および設計上の問題に適用することは、バイオインスピレーションと呼ばれます。 これは急速に成長している分野であり、自然を模倣する私たちの能力はますます洗練されています。 ここでは、自然が人間のイノベーションを導き、場合によってはさらにエキサイティングなブレークスルーにつながる可能性がある、5 つの印象的な例を紹介します。

エコーロケーションを使用すると、コウモリは完全な暗闇でも飛行できます。 彼らは音と超音波を発し、これらの波の反射の時間と大きさを監視して、周囲の 3 次元空間マップを作成します。

多くの現代の車の後退時に障害物を識別するセンサーは、コウモリのナビゲーションからインスピレーションを得ています。 障害物の方向と距離は、車の進路上の物体に反射する超音波を発することによって計算されます。

視覚に制限のある人の安全性を向上させるために、感覚ナビゲーション技術も提案されています。 人体に取り付けられた超音波センサーは、人の周囲に関する音ベースのフィードバックを提供します。 これにより、障害物の脅威が排除され、より自由に移動できるようになります。

キツツキは木の固い表面をたたき、餌を探したり、巣を作ったり、仲間を引き寄せたりします。 手持ち式の油圧ハンマーや空気圧ハンマーなどの建設ツールは、キツツキのハンマー音 (20 ～ 25 Hz) とほぼ同じ周波数を使用して、キツツキの振動するくちばしを模倣します。

しかし、これらの電動工具の振動は建設作業員の手を損傷する可能性があります。 これにより、場合によっては、白い指の振動が発生する可能性があり、患者は手や腕に永続的なしびれや痛みを経験します。

現在、キツツキが繰り返しの穴あけの衝撃からどのようにして脳を守るのかについて研究が進められている。 ある研究では、キツツキには他の鳥にはない衝撃吸収への適応がいくつかあることが判明した。

彼らの頭蓋骨は丈夫で硬いように適応しており、舌は頭蓋骨の後ろを包み込み、目の間に固定されています。 これにより、ハンマーによる衝撃とその振動が和らげられ、キツツキの脳が保護されます。

このような研究は、そのような機器のユーザーを保護するためのショックアブソーバーや振動制御装置の設計の指針となります。 同じコンセプトは、建築設計のための層状の衝撃吸収構造などの革新にも影響を与えました。

ホタテ貝は、扇形の波形の外殻を持つ軟体動物です。 これらの波形のジグザグ形状はシェルの構造を強化し、水中の高圧に耐えることができます。

段ボール箱の強度を高めるためにも同じプロセスが使用され、外側の 2 つの段ボール層の間に段ボール紙素材が接着されます。 波形の表面を導入すると、紙をジグザグに折りたたむと追加の荷重に耐えられるのと同じように、材料の強度が大幅に向上します。

ホタテ貝の殻はドーム状の構造をしているため、大きな荷重にも耐えることができます。 この構造は、重量をドーム形状全体に均等に分散し、一点にかかる負荷を軽減するため自立します。 これにより、鉄骨の梁を補強する必要がなく構造の安定性が向上し、ロンドンのセント・ポール大聖堂を含む多くの建物の設計に影響を与えました。

サメには 2 つの背びれがあり、空気力学的にいくつかの利点があります。 これらはサメの回転を安定させ、その翼型の形状により後方に乱流の少ない領域が形成されるため、サメの前方への移動効率が向上します。

フカヒレはモーター輸送で再現されています。 たとえば、レーシングカーは、高速走行時の乱気流の軽減とコーナリング時の安定性の向上を目的としてフィンを使用しています。

現在、多くの自動車の屋根には小さな「シャークフィン」が取り付けられており、これはラジオアンテナを統合するために使用されています。 これにより、従来のポールアンテナと比較して抵抗が軽減されます。

また、航空機の飛行効率を高めるために自然からインスピレーションを得ています。 フクロウの翼はサスペンション システムとして機能します。 翼の位置、形状、角度を変えることで、飛行中の乱気流の影響を軽減することができます。 そして、フクロウの飛行に関する研究は、将来、乱気流のない空の旅への扉を開くかもしれません。

ベルクロの面ファスナーの固定機構は、ゴボウのイガが人間の衣服に固定できる能力にヒントを得て開発されました。

植物は種子をより広い範囲に散布するために、バリを使用して、通過する動物や人に種子のさやを取り付けます。 バリには小さなフックがあり、柔らかい素材の小さなループと噛み合います。

ベルクロは、フックが並んだストリップと布地のストリップを使用することでこれを再現します。 一緒に押すと、フックがループに取り付けられ、互いに固定されます。

ベルクロは世界中の幅広い製品に使用されています。 NASA によると、この装置は 1961 年から 1972 年のアポロ計画中に、無重力環境で機器を所定の位置に固定するために宇宙で使用されました。