Biomimética - Biomimetics
Biomimética ou biomimética é a emulação dos modelos, sistemas e elementos da natureza com o propósito de resolver problemas humanos complexos . Os termos "biomimética" e "biomimética" são derivados do grego antigo : βίος ( bios ), vida e μίμησις ( mīmēsis ), imitação, de μιμεῖσθαι ( mīmeisthai ), para imitar, de μῖμος ( mimos ), ator. Um campo intimamente relacionado é a biônica .
Os organismos vivos desenvolveram estruturas e materiais bem adaptados ao longo do tempo geológico por meio da seleção natural . A biomimética deu origem a novas tecnologias inspiradas em soluções biológicas em macro e nanoescalas. Os humanos têm olhado para a natureza em busca de respostas para os problemas ao longo de nossa existência. A natureza resolveu problemas de engenharia, como habilidades de autocura, tolerância e resistência à exposição ambiental, hidrofobia , automontagem e aproveitamento de energia solar.
História
Um dos primeiros exemplos de biomimética foi o estudo de pássaros para permitir o vôo humano . Embora nunca tenha tido sucesso em criar uma "máquina voadora", Leonardo da Vinci (1452–1519) foi um observador atento da anatomia e do vôo dos pássaros, e fez numerosas anotações e esboços em suas observações, bem como esboços de "máquinas voadoras". Os irmãos Wright , que conseguiram voar a primeira aeronave mais pesada que o ar em 1903, supostamente se inspiraram em observações de pombos em vôo.
Durante a década de 1950, o biofísico e polímata americano Otto Schmitt desenvolveu o conceito de "biomimética". Durante sua pesquisa de doutorado, ele desenvolveu o gatilho Schmitt estudando os nervos da lula, tentando criar um dispositivo que reproduzisse o sistema biológico de propagação nervosa . Ele continuou a se concentrar em dispositivos que imitam os sistemas naturais e em 1957 ele percebeu uma inversão da visão padrão da biofísica da época, uma visão que ele viria a chamar de biomimética.
A biofísica não é tanto um assunto, mas um ponto de vista. É uma abordagem de problemas das ciências biológicas utilizando a teoria e a tecnologia das ciências físicas. Por outro lado, a biofísica também é uma abordagem do biólogo aos problemas da ciência física e da engenharia, embora esse aspecto tenha sido amplamente negligenciado.
- Otto Herbert Schmitt, In Appreciation, A Lifetime of Connections
Em 1960, Jack E. Steele cunhou um termo semelhante, biônica , na Base Aérea Wright-Patterson em Dayton, Ohio, onde Otto Schmitt também trabalhou. Steele definiu biônica como "a ciência dos sistemas que têm alguma função copiada da natureza, ou que representam características de sistemas naturais ou seus análogos". Durante uma reunião posterior em 1963, Schmitt afirmou:
Vamos considerar o que biônica passou a significar operacionalmente e o que ela ou alguma palavra como ela (eu prefiro biomimética) deve significar a fim de fazer bom uso das habilidades técnicas de cientistas especializados, ou melhor, devo dizer, especializando-se nisso área de pesquisa.
- Otto Herbert Schmitt, In Appreciation, A Lifetime of Connections: Otto Herbert Schmitt, 1913-1998
Em 1969, Schmitt usou o termo "biomimética" no título de um de seus artigos, e em 1974 ele encontrou seu caminho no Dicionário Webster . Biônica entrou no mesmo dicionário no início de 1960 como "uma ciência preocupada com a aplicação de dados sobre o funcionamento de sistemas biológicos para a solução de problemas de engenharia ”. Bionic assumiu uma conotação diferente quando Martin Caidin fez referência a Jack Steele e seu trabalho no romance Cyborg, que mais tarde resultou na série de televisão de 1974 The Six Million Dollar Man e seus derivados. O termo biônico tornou-se então associado com "o uso de partes artificiais do corpo operadas eletronicamente" e "tendo os poderes humanos comuns aumentados por ou como se com o auxílio de tais dispositivos". Porque o termo biônico assumiu a implicação da força sobrenatural, a comunidade científica em Inglês países de língua abandonou em grande parte.
O termo biomimetismo apareceu já em 1982. Biomimetismo foi popularizado pela cientista e autora Janine Benyus em seu livro de 1997, Biomimicry: Innovation Inspired by Nature . A biomimética é definida no livro como uma "nova ciência que estuda os modelos da natureza e depois imita ou se inspira nesses projetos e processos para resolver os problemas humanos". Benyus sugere olhar para a Natureza como um "Modelo, Medida e Mentora" e enfatiza a sustentabilidade como um objetivo da biomimética.
Um dos exemplos mais recentes de biomimética foi criado por Johannes-Paul Fladerer e Ernst Kurzmann pela descrição de "managemANT". Este termo (uma combinação das palavras "manejo" e "formiga"), descreve o uso de estratégias comportamentais de formigas em estratégias econômicas e de manejo.
Tecnologias bioinspiradas
A biomimética poderia, em princípio, ser aplicada em muitos campos. Devido à diversidade e complexidade dos sistemas biológicos, o número de características que podem ser imitadas é grande. Os aplicativos biomiméticos estão em vários estágios de desenvolvimento, desde tecnologias que podem se tornar comercialmente utilizáveis até protótipos. A lei de Murray , que na forma convencional determinava o diâmetro ideal dos vasos sanguíneos, foi derivada para fornecer equações simples para o tubo ou diâmetro do tubo que fornece um sistema de engenharia de massa mínimo.
Locomoção
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O design das asas das aeronaves e as técnicas de vôo são inspiradas em pássaros e morcegos. A aerodinâmica do design aerodinâmico do trem japonês de alta velocidade aprimorado Shinkansen Série 500 foi modelada com base no bico do pássaro martim-pescador .
Os biorobots baseados na fisiologia e métodos de locomoção de animais incluem o BionicKangaroo que se move como um canguru, economizando energia de um salto e transferindo-a para o próximo salto. Kamigami Robots , um brinquedo infantil, imita a locomoção de uma barata para correr com rapidez e eficiência em superfícies internas e externas.
Arquitetura biomimética
Os seres vivos se adaptaram a um ambiente em constante mudança durante a evolução por meio de mutação, recombinação e seleção. A ideia central da filosofia biomimética é que os habitantes da natureza, incluindo animais, plantas e micróbios, têm mais experiência na resolução de problemas e já encontraram as formas mais adequadas de sobreviver no planeta Terra. Da mesma forma, a arquitetura biomimética busca soluções para a construção da sustentabilidade presente na natureza.
O século 21 viu um desperdício de energia onipresente devido a projetos de construção ineficientes, além do uso excessivo de energia durante a fase operacional de seu ciclo de vida. Paralelamente, os avanços recentes nas técnicas de fabricação, imagem computacional e ferramentas de simulação abriram novas possibilidades para imitar a natureza em diferentes escalas arquitetônicas. Como resultado, tem havido um rápido crescimento na concepção de abordagens e soluções de design inovadoras para combater os problemas de energia. A arquitetura biomimética é uma dessas abordagens multidisciplinares para o design sustentável que segue um conjunto de princípios ao invés de códigos estilísticos, indo além de usar a natureza como inspiração para os componentes estéticos da forma construída, mas em vez disso, busca usar a natureza para resolver problemas de funcionamento do edifício e economia de energia.
Características
O termo arquitetura biomimética se refere ao estudo e aplicação dos princípios de construção que são encontrados em ambientes naturais e espécies, e são traduzidos no projeto de soluções sustentáveis para a arquitetura. A arquitetura biomimética usa a natureza como modelo, medida e mentora para fornecer soluções arquitetônicas em várias escalas, inspiradas em organismos naturais que resolveram problemas semelhantes na natureza. Usar a natureza como medida refere-se ao uso de um padrão ecológico de medição da sustentabilidade e da eficiência das inovações feitas pelo homem, enquanto o termo mentor se refere ao aprendizado de princípios naturais e ao uso da biologia como fonte de inspiração.
A arquitetura biomórfica, também chamada de Bio-decoração, por outro lado, refere-se ao uso de elementos formais e geométricos encontrados na natureza, como fonte de inspiração para propriedades estéticas na arquitetura projetada, podendo não necessariamente ter caráter não físico, ou funções econômicas. Um exemplo histórico de arquitetura biomórfica remonta às culturas egípcia, grega e romana, usando formas de árvores e plantas na ornamentação de colunas estruturais.
Procedimentos
Dentro da arquitetura biomimética, dois procedimentos básicos podem ser identificados, a saber, a abordagem bottom-up (biologia push) e a abordagem top-down (tecnologia pull). A fronteira entre as duas abordagens é embaçada com a possibilidade de transição entre as duas, dependendo de cada caso individual. A arquitetura biomimética é normalmente realizada em equipes interdisciplinares nas quais biólogos e outros cientistas naturais trabalham em colaboração com engenheiros, cientistas de materiais, arquitetos, designers, matemáticos e cientistas da computação.
Na abordagem ascendente, o ponto de partida é um novo resultado da pesquisa biológica básica promissora para a implementação biomimética. Por exemplo, desenvolver um sistema de material biomimético após a análise quantitativa das propriedades mecânicas, físicas e químicas de um sistema biológico.
Na abordagem de cima para baixo, as inovações biomiméticas são buscadas para desenvolvimentos já existentes que foram estabelecidos com sucesso no mercado. A cooperação se concentra na melhoria ou no desenvolvimento de um produto existente.
Exemplos
Os pesquisadores estudaram a capacidade dos cupins de manter a temperatura e umidade virtualmente constantes em seus cupinzeiros na África, apesar das temperaturas externas que variam de 1,5 ° C a 40 ° C (35 ° F a 104 ° F). Os pesquisadores inicialmente escanearam um cupinzeiro e criaram imagens 3-D da estrutura do monte, que revelaram uma construção que poderia influenciar o projeto de construção humana . O Eastgate Center , um complexo de escritórios de médio porte em Harare , Zimbábue , permanece frio por meio de uma arquitetura de refrigeração passiva que usa apenas 10% da energia de um edifício convencional do mesmo tamanho.
Os pesquisadores da Universidade Sapienza de Roma foram inspirados pela ventilação natural em cupinzeiros e projetaram uma fachada dupla que reduz significativamente as áreas iluminadas de um edifício. Os cientistas imitaram a natureza porosa das paredes do monte ao projetar uma fachada com painéis duplos que foi capaz de reduzir o calor ganho por radiação e aumentar a perda de calor por convecção na cavidade entre os dois painéis. A carga geral de resfriamento no consumo de energia do edifício foi reduzida em 15%.
Uma inspiração semelhante foi tirada das paredes porosas de cupinzeiros para projetar uma fachada ventilada naturalmente com uma pequena abertura de ventilação. Este projeto de fachada é capaz de induzir o fluxo de ar devido ao efeito Venturi e circular continuamente o ar ascendente na fenda de ventilação. Foi observada uma transferência significativa de calor entre a superfície da parede externa do edifício e o ar que flui sobre ela. O design está associado ao esverdeamento da fachada. A parede verde facilita o resfriamento natural adicional por meio da evaporação, respiração e transpiração nas plantas. O substrato úmido da planta suporta ainda mais o efeito de resfriamento.
Cientistas da Universidade de Xangai foram capazes de replicar a complexa microestrutura da rede de conduítes feita de argila no monte para imitar o excelente controle de umidade nos montes. Eles propuseram um material de controle de umidade poroso (HCM) usando Sepiolite e cloreto de cálcio com conteúdo de adsorção-dessorção de vapor d'água de 550 gramas por metro quadrado. O cloreto de cálcio é um dessecante e melhora a propriedade de adsorção-dessorção do vapor de água do Bio-HCM. O bio-HCM proposto possui um regime de mesoporos interfibras que atuam como um minirreservatório. A resistência à flexão do material proposto foi estimada em 10,3 MPa por meio de simulações computacionais.
Em engenharia estrutural, o Instituto Federal Suíço de Tecnologia ( EPFL ) incorporou características biomiméticas em uma ponte de "tensegridade" adaptável implantável. A ponte pode realizar autodiagnóstico e auto-reparo. O arranjo das folhas em uma planta foi adaptado para uma melhor coleta de energia solar.
A análise da deformação elástica que ocorre quando um polinizador pousa na parte da vara em forma de bainha da flor Strelitzia reginae (conhecida como flor ave-do-paraíso ) inspirou arquitetos e cientistas da Universidade de Friburgo e da Universidade de Stuttgart a criar sombreamento sem dobradiças sistemas que podem reagir ao seu ambiente. Esses produtos bioinspirados são vendidos sob o nome de Flectofin.
Outros sistemas bioinspirados sem dobradiças incluem Flectofold. Flectofold foi inspirado no sistema de captura desenvolvido pela planta carnívora Aldrovanda vesiculosa .
Materiais estruturais
Há uma grande necessidade de novos materiais estruturais que sejam leves, mas que ofereçam combinações excepcionais de rigidez , resistência e tenacidade .
Esses materiais precisariam ser fabricados em materiais a granel com formas complexas em alto volume e baixo custo e serviriam a uma variedade de campos, como construção, transporte, armazenamento de energia e conversão. Em um problema de projeto clássico, a resistência e a tenacidade têm maior probabilidade de serem mutuamente exclusivas, ou seja, os materiais fortes são frágeis e os materiais resistentes são fracos. No entanto, os materiais naturais com gradientes de materiais complexos e hierárquicos que vão de escalas nano a macro são fortes e resistentes. Geralmente, a maioria dos materiais naturais utiliza componentes químicos limitados, mas arquiteturas de materiais complexas que dão origem a propriedades mecânicas excepcionais. Compreender os materiais biológicos multifuncionais e altamente diversos e descobrir abordagens para replicar tais estruturas levará a tecnologias avançadas e mais eficientes. Osso , nácar (concha de abalone), dentes, os clubes dáctilos de camarões estomatópodes e bambu são ótimos exemplos de materiais tolerantes a danos. A resistência excepcional à fratura do osso é devido à deformação complexa e mecanismos de endurecimento que operam em escalas de tamanho diferentes - da estrutura em nanoescala de moléculas de proteína à escala fisiológica macroscópica.
Nacre exibe propriedades mecânicas semelhantes, porém com uma estrutura mais simples. Nacre mostra uma estrutura semelhante a tijolo e argamassa com camada mineral espessa (0,2∼0,9 μm) de estruturas de aragonita compactadas e matriz orgânica fina (∼20 nm). Embora filmes finos e amostras de tamanho de micrômetro que imitam essas estruturas já tenham sido produzidos, a produção bem-sucedida de materiais estruturais biomiméticos a granel ainda está para ser realizada. No entanto, várias técnicas de processamento têm sido propostas para a produção de materiais semelhantes a nácar.
A mineralização biomórfica é uma técnica que produz materiais com morfologias e estruturas semelhantes às dos organismos vivos naturais, usando bioestruturas como modelos para a mineralização. Comparada a outros métodos de produção de material, a mineralização biomórfica é fácil, ambientalmente benigna e econômica.
Fundição por congelamento (modelagem de gelo), um método barato para imitar estruturas em camadas naturais foi empregada por pesquisadores do Lawrence Berkeley National Laboratory para criar compósitos em camadas de alumina-Al-Si e IT HAP-epóxi que combinam as propriedades mecânicas do osso com um mineral equivalente / conteúdo orgânico. Vários outros estudos também empregaram métodos semelhantes para produzir compósitos de alta resistência e alta tenacidade envolvendo uma variedade de fases constituintes.
Estudos recentes demonstraram a produção de construtos de tecido macroscópico coesivo e autossustentável que imitam tecidos vivos , imprimindo dezenas de milhares de gotículas de picolitros heterólogas em geometrias em escala milimétrica 3D definidas por software. Esforços também são feitos para simular o design de nácar em materiais compósitos artificiais usando modelagem de deposição fundida e as estruturas helicoidais de clubes de estomatópode na fabricação de compósitos de fibra de carbono -epoxi de alto desempenho .
Várias tecnologias de manufatura aditiva estabelecidas e inovadoras, como impressão PolyJet, escrita direta com tinta, impressão magnética 3D, impressão 3D assistida magneticamente multimaterial e fundição deslizante magneticamente assistida também foram utilizadas para imitar as complexas arquiteturas em microescala de materiais naturais e fornecer enormes escopo para pesquisas futuras.
A seda de aranha é mais resistente do que o Kevlar usado em coletes à prova de balas . Os engenheiros poderiam, em princípio, usar tal material, se pudesse ser reprojetado para ter uma vida longa o suficiente, para cabos de pára-quedas, cabos de pontes suspensas, ligamentos artificiais para medicamentos e outros fins. Os dentes que se autoafiam de muitos animais foram copiados para fazer melhores ferramentas de corte.
Novas cerâmicas que exibem histerese de eletreto gigante também foram realizadas.
Computadores neuronais
Os computadores e sensores neuromórficos são dispositivos elétricos que copiam a estrutura e a função dos neurônios biológicos para a computação. Um exemplo disso é a câmera de eventos em que apenas os pixels que recebem um novo sinal são atualizados para um novo estado. Todos os outros pixels não são atualizados até que um sinal seja recebido.
Materiais de autocura
Em alguns sistemas biológicos, a autocura ocorre por meio de liberações químicas no local da fratura, que iniciam uma resposta sistêmica ao transporte de agentes de reparação para o local da fratura. Isso promove a cura autônoma. Para demonstrar o uso de redes microvasculares para cura autônoma, os pesquisadores desenvolveram uma arquitetura de substrato de revestimento microvascular que imita a pele humana. Foram desenvolvidos hidrogéis de cores estruturais de auto-regeneração bioinspirados que mantêm a estabilidade de uma estrutura opala inversa e suas cores estruturais resultantes. Uma membrana de autorreparação inspirada em processos rápidos de autovedação em fábricas foi desenvolvida para estruturas infláveis leves, como barcos de borracha ou construções Tensairity. Os pesquisadores aplicaram um fino revestimento de espuma de poliuretano celular macio no interior de um substrato de tecido, que fecha a rachadura se a membrana for perfurada com uma ponta. Materiais de autocura , polímeros e materiais compostos capazes de consertar rachaduras foram produzidos com base em materiais biológicos.
As propriedades de autocura também podem ser alcançadas pela quebra e reforma de ligações de hidrogênio sob tensão cíclica do material.
Superfícies
As superfícies que recriam as propriedades da pele do tubarão têm o objetivo de permitir um movimento mais eficiente na água. Esforços têm sido feitos para produzir tecidos que simulem a pele de tubarão.
Biomiméticos de tensão superficial estão sendo pesquisados para tecnologias como revestimentos hidrofóbicos ou hidrofílicos e microatuadores.
Adesão
Adesão úmida
Alguns anfíbios, como sapos arbóreos e torrentes e salamandras arbóreas , são capazes de se prender e se mover em ambientes úmidos ou mesmo inundados sem cair. Este tipo de organismo tem almofadas dos pés que são permanentemente umedecidas pelo muco secretado pelas glândulas que se abrem nos canais entre as células epidérmicas. Eles se fixam em superfícies de acasalamento por adesão úmida e são capazes de escalar rochas úmidas, mesmo quando a água está fluindo sobre a superfície. Os passos dos pneus também foram inspirados nas almofadas dos pés de pererecas .
Os mexilhões marinhos podem aderir com facilidade e eficiência a superfícies subaquáticas sob as condições adversas do oceano. Os mexilhões usam filamentos fortes para aderir às rochas nas zonas entre marés das praias varridas pelas ondas, evitando que sejam varridas pelas fortes correntes marítimas. As proteínas do pé de mexilhão prendem os filamentos a rochas, barcos e praticamente qualquer superfície da natureza, incluindo outros mexilhões. Essas proteínas contêm uma mistura de resíduos de aminoácidos que foi adaptada especificamente para fins adesivos . Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara emprestaram e simplificaram os produtos químicos usados pelo pé de mexilhão para superar esse desafio de engenharia de adesão úmida para criar copolianfolitos e sistemas adesivos de um componente com potencial para emprego em protocolos de nanofabricação . Outra pesquisa propôs cola adesiva de mexilhões .
Adesão seca
As almofadas de fixação das pernas de vários animais, incluindo muitos insetos (por exemplo, besouros e moscas ), aranhas e lagartos (por exemplo, lagartixas ), são capazes de se prender a uma variedade de superfícies e são usadas para locomoção, mesmo em paredes verticais ou através de tetos. Os sistemas de fixação nesses organismos têm estruturas semelhantes em seus elementos terminais de contato, conhecidos como cerdas . Esses exemplos biológicos ofereceram inspiração para a produção de robôs de escalada, botas e fita adesiva. As cerdas sintéticas também foram desenvolvidas para a produção de adesivos secos.
Óptica
Os materiais biomiméticos estão ganhando cada vez mais atenção no campo da ótica e da fotônica . Ainda são pouco conhecidos produtos bioinspirados ou biomiméticos envolvendo as propriedades fotônicas de plantas ou animais. No entanto, compreender como a natureza projetou tais materiais ópticos a partir de recursos biológicos é um campo de pesquisa atual.
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Inspiração de frutas e plantas
Por exemplo, a automontagem quiral de celulose inspirada na baga Pollia condensata foi explorada para fazer filmes opticamente ativos. Esses filmes são feitos de celulose, um recurso biodegradável e de base biológica obtido da madeira ou do algodão. As cores estruturais podem ser potencialmente duradouras e ter cores mais vibrantes do que as obtidas por absorção química da luz. Pollia condensata não é a única fruta que apresenta uma casca estruturalmente colorida; iridescência também é encontrada em bagas de outras espécies, como Margaritaria nobilis . Esses frutos apresentam cores iridescentes na região azul-esverdeada do espectro visível, o que confere ao fruto uma aparência metálica forte e brilhante. As cores estruturais vêm da organização das cadeias de celulose no epicarpo do fruto , uma parte da casca do fruto. Cada célula do epicarpo é feita de um envelope de várias camadas que se comporta como um refletor de Bragg . No entanto, a luz que é refletida da casca dessas frutas não é polarizada, ao contrário da que surge das réplicas artificiais obtidas a partir da automontagem de nanocristais de celulose em helicoides, que refletem apenas luz polarizada circularmente canhota .
Os frutos de Elaeocarpus angustifolius também apresentam cor estrutural que surge da presença de células especializadas chamadas iridossomas que possuem estruturas em camadas. Iridossomas semelhantes também foram encontrados em frutas de Delarbrea michieana .
Nas plantas, estruturas multicamadas podem ser encontradas tanto na superfície das folhas (no topo da epiderme), como na Selaginella willdenowii, ou em organelas intracelulares especializadas , os chamados iridoplastos, que estão localizados dentro das células de a epiderme superior. Por exemplo, as plantas da floresta tropical Begonia pavonina têm iridoplastos localizados dentro das células epidérmicas.
Cores estruturais também foram encontradas em várias algas, como na alga vermelha Chondrus crispus (Irish Moss).
Inspiração de animais
A coloração estrutural produz as cores do arco-íris de bolhas de sabão , asas de borboleta e muitas escamas de besouro. A separação de fases tem sido usada para fabricar membranas de dispersão ultra- brancas de polimetilmetacrilato , imitando o besouro Cyphochilus . As luzes LED podem ser projetadas para imitar os padrões de escalas no abdômen dos vagalumes , melhorando sua eficiência.
As asas da borboleta Morpho são estruturalmente coloridas para produzir um azul vibrante que não varia com o ângulo. Este efeito pode ser imitado por uma variedade de tecnologias. A Lotus Cars afirma ter desenvolvido uma pintura que imita acor azul estrutural da borboleta Morpho . Em 2007, a Qualcomm comercializou umatecnologia de exibição de modulador interferométrico , "Mirasol", usandointerferência óptica semelhante a Morpho . Em 2010, a costureira Donna Sgro confeccionou um vestido a partirdo Morphotex de Fibras Teijin , um tecido não tingido trançado com fibras estruturalmente coloridas, imitando a microestrutura dasescamas de asas de borboleta Morpho .
O revestimento de estrutura SubWavelength da Canon Inc. usa estruturas em forma de cunha do tamanho do comprimento de onda da luz visível. As estruturas em forma de cunha causam um índice de refração que muda continuamente conforme a luz viaja através do revestimento, reduzindo significativamente o reflexo da lente . Isso imita a estrutura do olho de uma mariposa. Figuras notáveis como os irmãos Wright e Leonardo da Vinci tentaram replicar o vôo observado em pássaros. Em um esforço para reduzir o ruído da aeronave, os pesquisadores olharam para a ponta das penas da coruja, que tem uma série de pequenos finlets ou raquis adaptados para dispersar a pressão aerodinâmica e fornecer um vôo quase silencioso para o pássaro.
Sistemas agrícolas
O pastoreio holístico planejado , usando cercas e / ou pastores , busca restaurar as pastagens planejando cuidadosamente os movimentos de grandes rebanhos de gado para imitar os vastos rebanhos encontrados na natureza. O sistema natural que está sendo imitado e usado como modelo é o pastoreio de animais concentrados por predadores de matilha que devem seguir em frente depois de comer, pisar e adubar uma área, e retornar somente depois que ela estiver totalmente recuperada. Desenvolvido por Allan Savory , que por sua vez se inspirou no trabalho de André Voisin , este método de pastagem possui um enorme potencial na construção do solo, aumento da biodiversidade, reversão da desertificação e mitigação do aquecimento global, semelhante ao que ocorreu durante os últimos 40 milhões de anos como a expansão dos ecossistemas herbívoros construiu solos profundos de pastagens , sequestrando carbono e resfriando o planeta.
A permacultura é um conjunto de princípios de design centrados em todo o pensamento sistêmico, simulando ou utilizando diretamente os padrões e recursos resilientes observados em ecossistemas naturais. Ele usa esses princípios em um número crescente de campos, desde agricultura regenerativa , reflorestamento, comunidade e projeto e desenvolvimento organizacional.
Outros usos
Alguns sistemas de ar condicionado usam biomimética em seus ventiladores para aumentar o fluxo de ar e, ao mesmo tempo, reduzir o consumo de energia.
Tecnólogos como Jas Johl especularam que a funcionalidade das células de vacúolo poderia ser usada para projetar sistemas de segurança altamente adaptáveis. "A funcionalidade de um vacúolo, uma estrutura biológica que protege e promove o crescimento, ilumina o valor da adaptabilidade como um princípio orientador para a segurança." As funções e o significado dos vacúolos são de natureza fractal; a organela não tem forma ou tamanho básico; sua estrutura varia de acordo com os requisitos da célula. Os vacúolos não apenas isolam ameaças, contêm o que é necessário, exportam resíduos, mantêm a pressão - eles também ajudam na expansão e no crescimento das células. Johl argumenta que essas funções são necessárias para qualquer projeto de sistema de segurança. O Shinkansen Série 500 usou biomimética para reduzir o consumo de energia e os níveis de ruído, aumentando o conforto dos passageiros. Com referência às viagens espaciais, a NASA e outras empresas têm procurado desenvolver drones espaciais do tipo enxame inspirados nos padrões de comportamento das abelhas e drones terrestres oxtapod projetados com referência a aranhas do deserto.
Outras tecnologias
O dobramento de proteínas tem sido usado para controlar a formação de material para nanoestruturas funcionais automontadas . A pele de urso polar inspirou o design de coletores térmicos e roupas. As propriedades de refração da luz do olho da mariposa foram estudadas para reduzir a refletividade dos painéis solares.
O poderoso spray repelente do besouro Bombardier inspirou uma empresa sueca a desenvolver uma tecnologia de spray "micro névoa", que afirma ter um impacto de baixo carbono (em comparação com os sprays de aerossol). O besouro mistura produtos químicos e libera seu spray por meio de um bico direcionável no final de seu abdômen, picando e confundindo a vítima.
A maioria dos vírus tem uma cápsula externa de 20 a 300 nm de diâmetro. As cápsulas de vírus são notavelmente robustas e capazes de suportar temperaturas de até 60 ° C; eles são estáveis em toda a faixa de pH 2-10. As cápsulas virais podem ser usadas para criar componentes de nano dispositivos, como nanofios, nanotubos e pontos quânticos. Partículas virais tubulares, como o vírus do mosaico do tabaco (TMV), podem ser usadas como modelos para criar nanofibras e nanotubos, uma vez que ambas as camadas interna e externa do vírus são superfícies carregadas que podem induzir a nucleação do crescimento do cristal. Isso foi demonstrado através da produção de nanotubos de platina e ouro usando TMV como modelo. As partículas virais mineralizadas têm demonstrado suportar vários valores de pH, mineralizando os vírus com diferentes materiais, como silício, PbS e CdS e, portanto, podem servir como transportadores úteis de material. Um vírus de planta esférica denominado vírus de mottle clorótico do feijão-caupi (CCMV) tem propriedades de expansão interessantes quando exposto a ambientes com pH superior a 6,5. Acima desse pH, 60 poros independentes com diâmetros em torno de 2 nm começam a trocar substância com o meio ambiente. A transição estrutural do capsídeo viral pode ser utilizada na mineralização biomórfica para captação e deposição seletiva de minerais por meio do controle do pH da solução. As possíveis aplicações incluem o uso da gaiola viral para produzir nanopartículas semicondutoras de pontos quânticos de tamanho e formato uniformes por meio de uma série de lavagens de pH. Esta é uma alternativa à técnica de gaiola de apoferritina usada atualmente para sintetizar nanopartículas de CdSe uniformes. Esses materiais também podem ser usados para a distribuição de drogas direcionadas, uma vez que as partículas liberam os conteúdos após a exposição a níveis de pH específicos.
Veja também
- Fotossíntese artificial
- Enzima artificial
- Enzima artificial § Nanozimas
- Computação bioinspirada
- Bioinspiração e Biomimética
- Síntese biomimética
- Sequestro de carbono
- Engenharia reversa
- Biologia sintética
Referências
Leitura adicional
- Benyus, JM (2001). Along Came a Spider . Sierra, 86 (4), 46-47.
- Hargroves, KD & Smith, MH (2006). Inovação inspirada na natureza Biomimética . Ecos, (129), 27-28.
- Marshall, A. (2009). Wild Design: The Ecomimicry Project , North Atlantic Books: Berkeley.
- Passino, Kevin M. (2004). Biomimética para otimização, controle e automação. Springer.
- Pyper, W. (2006). Emulando a natureza: a ascensão da ecologia industrial . Ecos, (129), 22-26.
- Smith, J. (2007). É natural . The Ecologist, 37 (8), 52-55.
- Thompson, D'Arcy W. , On Growth and Form . Dover 1992 reimpressão de 1942 2ª ed. (1ª ed., 1917).
- Vogel, S. (2000). Patas e catapultas de gato: mundos mecânicos da natureza e das pessoas . Norton.
links externos
- Biomimética MIT
- Sexo, Velcro e Biomimética com Janine Benyus
- Janine Benyus: Biomimética em Ação do TED 2009
- Design by Nature - National Geographic
- Michael Pawlyn: Usando o gênio da natureza na arquitetura do TED 2010
- Robert Full mostra como os engenheiros humanos podem aprender com os truques dos animais no TED 2002
- The Fast Draw: Biomimicry da CBS News