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Die wunderbare Natur hat erstaunliche Entwicklungen durchlaufen. Viele Arten von Objekten verfügen über Fähigkeiten, die Menschen erlernen und anwenden können, um reale Probleme perfekt zu lösen.

1. Vom Schnabel des Eisvogels bis zum Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszug (Japan)

Beim ersten Start erzeugte der Hochgeschwindigkeitszug Shinkansen 500, als er mit hoher Geschwindigkeit aus dem Tunnel fuhr, eine riesige Luftdruckwelle, die eine laute Explosion verursachte, sehr laut und unangenehm war und ein Gefühl der Unsicherheit bei der umliegenden Bevölkerung hervorrief. Daher haben die Ingenieure die Aufgabe, dieses Problem zu beheben, ohne die Geschwindigkeit und Effizienz des Zuges zu verändern. Unerwarteterweise kam die Lösung aus... dem Schnabel des Eisvogels.

Den Beobachtungen des Chefingenieurs Eiji Nakatsu zufolge kann der Eisvogel aus der Luft ins Wasser springen, ohne zu spritzen, obwohl die Wasserumgebung viel dichter als Luft ist. Das Geheimnis dieses Vogels liegt in seinem langen und schlanken Schnabel, der es ihm ermöglicht, mit minimaler Beeinträchtigung durch Ebenen unterschiedlicher Dichte zu schneiden. Daher haben Ingenieure den Schiffsbug nach der Simulation eines Eisvogelschnabels neu gestaltet, um das technische Problem des Lärms zu lösen, wenn das Schiff den Tunnel verlässt. Diese Designänderung soll die Leistung und Geschwindigkeit erhöht haben und gleichzeitig die Anforderungen der Geräuschnormen erfüllen.

2. Anwendung „Eidechsenfüße“

Laut Wissenschaftlern ist es ein Wunder, dass Eidechsen sich an jeder Oberfläche festklammern können, sei es an der Decke oder an rutschigen Blättern. Nach jahrelanger Forschung fanden sie heraus, dass dieses kleine Tier dank der mikroskopischen Strukturen an seinen Füßen seinen gesamten Körper auf jeder Oberfläche tragen kann. Dementsprechend ist die Zehe jeder Eidechse mit Millionen winziger Härchen bedeckt, von denen sich jedes in Hunderte noch kleinerer Härchen verzweigt. Noch wundersamer ist, dass Eidechsen die Griffkräfte durch die Änderung des Winkels ihrer Füße leicht trennen können, wodurch sie sich äußerst flexibel und schnell bewegen können.

Unter Verwendung der Mikrostruktur von Eidechsenfüßen haben Wissenschaftler experimentelle „Gecko-Klebebänder“ hergestellt, die erheblicher Schwerkraft standhalten können, ohne Rückstände zu hinterlassen. Das „Gecko-Fuß“-Prinzip wird auch bei der Entwicklung von Kletterrobotern angewendet, die Geräte in schwierigen Positionen oder medizinische Geräte, die vorübergehend und rückstandsfrei befestigt werden müssen, inspizieren können. Kürzlich haben Forscher auch chirurgisches Klebeband entwickelt, das dank dieses Prinzips Nähte ersetzen kann.

3. Die einzigartige Hautstruktur des Hais: Natürliche Barriere verhindert Bakterien

Inspiriert von der einzigartigen Hautstruktur von Haien entwickelte der Ingenieur Anthony Brennan eine gemusterte Oberfläche namens Sharklet, die das Eindringen von Bakterien reduziert und das Anhaften auf glatten Oberflächen um bis zu 85 % verhindert. Diese gemusterte Oberfläche wird in Krankenhäusern auf Griffen, medizinischen Instrumenten und Touchpads als natürliches Mittel zur Bakterienbekämpfung eingesetzt.

Forschungsergebnissen zufolge ist die Haut von Haien mit Millionen kleiner, V-förmiger Schuppen bedeckt, die wie Zähne aussehen und eine raue Oberfläche bilden, die verhindert, dass sich Bakterien, Mikroorganismen und Algen daran festsetzen. Daher durchbricht diese Haut wie ein natürlicher Schutzschild die dünne Wasserschicht, in der sich Bakterien und Mikroorganismen befinden, sodass diese leicht vom Wasser abgewaschen werden können.

4. Von Walflossen bis zur Windenergieerzeugung

Wussten Sie, dass Wissenschaftler zur Herstellung von Turbinen, die auch bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten Energie aus Wind erzeugen, die Funktionsprinzipien von Flossen, Flossen und Schwänzen von Walen simuliert haben? Beobachtungen zufolge sind Buckelwale zwar riesig, besitzen aber die Fähigkeit, extrem schnell und flexibel zu schwimmen. Sie können sogar scharfe Kurven oder kraftvolle Ausfallschritte ausführen, um problemlos Beute zu jagen.

Um dies zu erklären, haben Wissenschaftler viele Jahre lang geforscht und herausgefunden, dass es die Höcker, auch Raukanten genannt, entlang der Vorderkante der Walflossen sind, die ihnen helfen, ihren Körper auch bei Beschleunigungswinkeln zu kontrollieren, die zu Gleichgewichtsverlust führen können. Nach dieser Entdeckung wurde der „Klumpy-Edge-Effekt“ von Walflossen, Flossen und gebogenen Schwänzen auf Windkraftanlagen angewendet, um diesen Turbinen einen reibungsloseren Betrieb zu ermöglichen, den Druck auf die Struktur zu verringern und ein „Abwürgen“ zu vermeiden, wenn der Winddruck nachlässt.

5. „Klimaanlage“ von Termitennestern

Die Geburt vieler energiesparender Gebäude markierte die Umwandlung der Inspiration aus der magischen Struktur von Termitennestern in Leben. Beobachtungen zufolge bleibt die Innentemperatur von Termitenhügeln trotz der Hitze von über 38 °C in den trockenen Savannen Afrikas sehr stabil und gewährleistet so die Vermehrung und Entwicklung der gesamten Termitenkolonie. Dank eines Netzwerks aus Tunneln, Lüftungsöffnungen und Schornsteinen, die bei der Belüftung helfen, verfügen sie über eine natürliche „Klimaanlage“. Daher wird heiße Luft durch die zentralen Schornsteine ​​abgegeben, während kühlere Luft durch Tunnel in der Nähe der Turmbasis angesaugt wird, die durch das umgebende Erdreich gekühlt wurden.

Architekten haben von Termitenneststrukturen gelernt und viele intelligente Gebäude entworfen, um Energie zu sparen. Beispielsweise hat das Eastgate-Zentrum in Harare, Simbabwe, eine Termitenneststruktur simuliert, um die Abhängigkeit von Klimaanlagen zu verringern, Energie zu sparen und gleichzeitig eine stabile, angenehme Temperatur für die Bewohner zu gewährleisten.

6. Wenden Sie natürliche Reinigungsmethoden für Lotusblätter an

Lotusblätter haben die Fähigkeit zur Selbstreinigung dank einer hydrophoben Mikro- und Nanostruktur, die mit einer Wachsschicht bedeckt ist. Wenn daher Wasser auf das Lotusblatt fällt, kondensiert das Wasser zu kugelförmigen Perlen. Wenn diese Wassertropfen auf der Oberfläche des Blattes rollen, haben sie die Wirkung, dass sie Schmutz und Schadstoffe wegwaschen und das Lotusblatt sauber halten. Darüber hinaus haben Lotusblätter dank dieser Struktur auch die Fähigkeit, Bakterien zu widerstehen, die an der Oberfläche haften.

Inspiriert vom „Lotusblatteffekt“ haben Wissenschaftler selbstreinigende Farben, Gläser und Stoffe entwickelt. Dementsprechend haben sie Beschichtungen entwickelt, die die superhydrophobe Oberfläche von Lotusblättern simulieren und es Regenwasser ermöglichen, Schmutz wegzuwaschen oder Kleidung schmutzabweisend zu machen, was dazu beiträgt, aggressive Reinigungschemikalien zu reduzieren und so zum Umweltschutz beizutragen.

7. Von Muscheln inspirierter Kleber

Um Klebstoff herzustellen, der fest auf nassen, rauen Oberflächen haften kann, haben Wissenschaftler aus der Struktur von Muscheln gelernt, Tieren, die die Fähigkeit besitzen, fest auf allen Arten von Unterwasseroberflächen zu haften. Dementsprechend haben Muscheln Seidenfäden, die durch Plaketten verankert sind. Da sie Proteine ​​enthalten, die reich an DOPA sind, einer Aminosäure, die sich in Gegenwart von Wasser binden kann, ermöglichen diese Plaques den Muscheln, fest an Steinen, Metallen oder Kunststoffen zu haften. Wissenschaftler haben die Adhäsionsstruktur von Muscheln simuliert und einen Kleber entwickelt, der an Oberflächen in der Wasserumgebung haften kann und zur Reparatur von Schiffen oder für medizinische Zwecke verwendet werden kann. Beispielsweise kann es sich um chirurgische Klebstoffe für nasses Innengewebe oder um Klebstoffe für medizinische Implantate und Knochenreparaturmaterialien handeln.

8. Schmetterlingsflügel sind langlebig

Bei der Untersuchung der schillernden blauen Flügel des Morpho-Schmetterlings entdeckten Wissenschaftler, dass diese Farben durch mikroskopisch kleine Nanostrukturen auf den Flügelschuppen erzeugt werden, die dabei helfen, das Licht zu kontrollieren: Blaue Wellenlängen werden verstärkt und reflektiert, während andere Wellenlängen sich gegenseitig aufheben können, wodurch funkelnde Farben entstehen, die sich mit dem Betrachtungswinkel ändern.

Dadurch ist eine neue Quelle kreativer Inspiration für den Materialbereich entstanden. Ingenieure arbeiten an der Entwicklung farbloser Farbstoffe, die ihre Leuchtkraft dauerhaft bewahren, an optischen Sicherheitsmerkmalen zur Verhinderung von Fälschungen oder an Projektionswänden, die Bilder ohne die herkömmliche farbige Hintergrundbeleuchtung anzeigen.

9. Krakententakel und Roboter mit flexiblen Armen

Bei ihrem ersten Erscheinen hatten Roboter oft eine eher grobe, schwere Gestalt mit starren Händen. Inspiriert von flexiblen Krakententakeln haben Wissenschaftler jedoch Roboter mit weichen Händen entwickelt, die zerbrechliche Gegenstände halten oder sogar sicher unter Wasser agieren können.

Beobachtungen zufolge verfügen Kraken über äußerst geschickte „Hände“, die ihnen dank spezieller Saugnäpfe beim Greifen, Erkunden und Fühlen helfen. Diese Tentakel verfügen über einen komplexen Wirkmechanismus, der es dem Oktopus ermöglicht, sich vorübergehend präzise an nassen, rauen oder glatten Oberflächen festzuhalten. Wissenschaftler erforschen und lernen aus dem Tentakelmechanismus des Oktopus und hoffen, diese „Tentakel“ bei der Herstellung von chirurgischen Werkzeugen, Unterwasserwerkzeugen oder Roboterarmen für anspruchsvolle Fertigungsindustrien einsetzen zu können.

10. Anwendung dank der magischen Zunge des Chamäleons

Bei der Untersuchung der wundersamen Zunge von Chamäleons haben Wissenschaftler der University of South Florida herausgefunden, dass Chamäleons dank der um einen spitz zulaufenden Knochen im Inneren der Zunge gewickelten Muskeln, die elastische Energie speichern, ihre Zunge mit einer Geschwindigkeit von bis zu 16 Fuß (5 m) pro Sekunde nach außen schleudern können. Dieser „Zungenschießmechanismus“ hat Ingenieure dazu inspiriert, medizinische Instrumente und Robotik zu erforschen. Im Erfolgsfall könnten winzige Geräte, die auf Schnellfeuermechanismen basieren, wie Gecko-Klingen, Blutgerinnsel aus empfindlichen Blutgefäßen entfernen. In der Robotik und im Weltraum könnten ähnliche Systeme dabei helfen, Trümmer bei eingestürzten Gebäuden einzusammeln oder Objekte in der Schwerelosigkeit einzufangen.