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仿生学:利用自然界的完美创新系统设计未来

发布时间:2020/07/13 科技 浏览次数:350

 

仿生学具有拯救人类和地球的潜力。在COVID改变了我们所知道并认为我们可以依靠的一切时,这是一个有吸引力的提议。危机是一个警钟,是一个机会,可以与激情和对重要事物的承诺重新建立联系,可以练习韧性,并通过在挑战中找到巨大的机遇而发现自己。这也是按重置键并采用不同方法前进的机会。我们面前有机会彻底重新设计我们的业务方式,仿生技术就是前进的道路。

什么是仿生学?最简单的解释是它是受自然启发的设计。通过研究个体动植物形态和自然系统,设计师,企业和工程师正在创造可行的新系统和产品。总部位于蒙大拿州的仿生研究所的创始人珍妮·本尤斯(JanineBenyus)从事仿生研究已有20多年的历史。您是否曾经惊叹于被阳光照射的蜻蜓,然后发现与直升机惊人的相似之处?还是坐在飞机上,意识到如果不研究鸟翅膀上的气流,我们可能永远也不会飞过?

当您考虑从大自然中创建创新解决方案时,听起来很简单。在该研究所刚刚发布的报告《时尚的本质》中,作者概述了自然拥有完善的生产,消费和分解系统这一事实,强调了我们被赋予了“完美的世界”的意义,在这种世界中,每一种植物,每一种动物,昆虫和鸟类经过精心设计,能够蓬勃发展。经济学的基本原理之一是稀缺性。这与丰富的星球相矛盾,星球上的每种生命都被完美地构建以平衡其栖息地中的所有其他生命形式。暂停片刻,以惊叹于地球上生活的复杂性和美丽,并尝试不感到敬畏。甚至我们人类的设计水平都很高,我们只能梦想模仿。

越来越多的公司正在研究自然结构,流程和系统,以创建更好的产品,回收利用和经济系统的解决方案。世界上最快的新干线子弹列车正在造成严重的噪音污染。工程师们期待着翠鸟的喙,它们可以几乎无声地潜入水中以重新设计火车的机头。PowerCone风力涡轮机着眼于枫树种子,以设计更好的气流。我们已经学习了如何通过海豚中的水发送消息。NASA设计了一种机器人,该机器人可以从壁虎蜥蜴的脚中汲取灵感,可以粘在太空中坚硬的表面上。在最近的纪录片《神话般的真菌》中,我们发现蘑菇是最古老的生物物种之一,并且具有相互连接的系统,能够治愈和再生地球。树木利用它们进行交流,蘑菇被发现可以治愈癌症并增强蜜蜂的免疫系统。

大多数人会说科学才是使我们走向现在的位置的原因。事实是科学不领导。“我们在了解遗传学之前就知道如何繁殖动物。麻省理工学院创新团队教授路易斯·布雷瓦(LuisBreva)说,我们在了解重力之前就知道如何制造弹射器。如果我们只是谦虚地看,便拥有了我们需要的一切。

仿生研究所由JanineBeyrus于2006年成立,正在努力将仿生转变为全球性运动。这家非营利组织有多个计划,包括其“生物模仿青年设计挑战赛”(BiomimicryYouthDesignChallenge),该挑战赛将中学生和高中生介绍给自然界激发的基于STEM的创新。它还举办了面向大学生和年轻专业人士的年度生物仿制全球设计挑战赛,挑战赛的决赛入围者将被引入生物仿制启动板中。这是一个面向新兴企业家的加速器计划,它将把这些产品和服务推向市场。他们与雷·安德森基金会(RayC.AndersonFoundation)合作,举办了100,000美元的“希望之光奖”对于那些开创了新的,受自然启发的解决方案的初创公司。他们还创建了世界上唯一的精选在线图书馆AskNature.org。其中包含有关数千种自然现象的免费信息以及数百种受生物启发的应用程序,可帮助设计人员和学生们向自然界提问如何解决挑战。.3月,作为对COVID的回应,他们发起了30DaysofReconnection,这是每日日记仿生体验,参与者观察自然并勾勒出想法。该计划的目的是在大流行期间提供压力缓解,灵感和希望。

去年的高中青年设计挑战赛获奖者创造了一块潮湿的砖块,作为保持建筑物凉爽的解决方案。它们的灵感来自毛发在植物和德克萨斯角蜥身上的作用,它们可以将水从身体上的任何地方转移到嘴里。砖在晚上和白天会随着水蒸发而冷凝,从而冷却。今年的“希望之光”奖入围者之一,EconConcrete®创造并设计了模仿当地海洋生态系统的沿海基础设施项目,以及HelicoidIndustries对螳螂虾的研究发现,它们能够以比子弹更快的速度“猛击”猎物数十万次,而不会因其纤维的螺旋结构而受到损坏。他们现在将其应用于复合材料。

“对于我们遇到的每个问题,自然都有答案。”〜珍妮·贝纳斯

Janine还与越来越多的公司合作,他们正在寻找未来的解决方案。她通过TED演讲和无数纪录片(如与DavidSuzuki的《物的本质》)在数个仿生领域中介绍了数百万种,并在71个国家播出。她与他人共同创立了世界上第一个以生物为灵感的咨询公司Biomimicry3.8(以前称为BiomimicryGuild),并获得了多个奖项,包括TIME杂志的“环境英雄奖”(2008年)和联合国环境规划署的地球冠军。2009年的科学与技术。

还有一些人正在以其他方式探索仿生学。麻省理工学院媒体实验室中介问题小组的内里·奥克斯曼(NeriOxman)和她的团队正在创建一种新的现场生物信息化设计其中“具有生物材料的建筑物可以适应,响应并可能与其周围环境互动。”(《表面杂志》(SurfaceMagazine)),他们使用机器人创建了一个丝绸馆,以搭建一个框架,然后让成千上万的蚕旋转覆盖物,这是一个完全由天然材料制成且构造为零的小圆顶。她的工作框架概述了四个原则之间的关系:科学,工程,设计和艺术。“科学将信息转换为知识的语言,工程将知识转换为功能的语言,设计将工程转换为行为的语言,而艺术将行为转换为文化的语言。”通过这种镜头,生物信息化设计有可能成为下一次工业革命,即受生物启发的革命。它不可能很快到来。

其他人则通过会计视角来审视自然界,认为当前的经济模式无法解决众多因素,例如抵消未来成本和生物多样性的价值。联合国秘书长特别顾问帕万·苏德科夫(PavanSudhkev)就是这一领域的佼佼者,他帮助创建了一个“绿色会计”项目,以估算印度的生物多样性价值。帕万表示,未能将成本补偿/收益(例如生物多样性和旅游业)考虑在内。例如,鲜为人知的事实是25%至85%的药品来自生物多样性。公园对于数百万美元的旅游收入至关重要。砍伐红树林将使海岸线遭受破坏,从而造成数十亿美元的修复费用。

在最近由麻省理工学院(BiomimicryInstitute)主持,麻省理工学院(MIT)的AzitaArdakani进行的仿生学壁炉边聊天中,詹宁将仿生学描述为“对生活如何运转以及最终适应环境的一种富有同情心的,相互联系的理解。”虽然公司正在接受设计思想,现在董事会会议室中可以使用类似移情的字眼,但事实是,当我们谈论将自然作为基础架构各个部分的蓝图时,我们仍有路要走。好消息是现在有很多兴趣。彭博社据估计,今天在美国有1万亿风险投资在寻找可持续的项目进行投资。我们只需要不断寻找更好的方法,将仿生技术变成每个人都能理解的可行和功能性术语,这就是Janine和仿生技术的一部分研究所如此有效。他们不认为将仿生学作为提出了许多可持续性努力的一种方式来作为“要么”选择。《时尚的本质》报告概述了世界可以在自然的生产者,消费者和分解者模型上建模其政策和经济结构的实用方法,在该模型中,所生产的所有物品均具有分解到其结构中的能力。

“我们在回收方面没有成功。经过40年的尝试,我们仍然无法使其正常工作。”〜埃伦·麦克阿瑟夫人

循环经济是您近年来可能听说过的很多术语,尽管今天的循环经济相对于旧的工业模式已经有了巨大的进步,但它们仍然面临着巨大的障碍,因为它们仍然会产生废物。随着时间的推移,回收产品的质量和可重复使用性往往会下降,导致材料仍进入垃圾填埋场并污染地球。例如,塑料瓶可以分解并重新制成服装,但目标仍然是最终产品。在生产者,消费者和分解者的自然模型中,这三个自然的“利益相关者”彼此无缝地串联在一起,以确保所生产的产品在其结构中“分解”。如果我们可以对自然建模,并确保将“下次使用”和分解内置到产品中,我们将不再浪费。

“时装业比其他产业有一个巨大的优势,那就是碳纤维。”

几个世纪以来,时尚界一直在通过蝴蝶裙和花朵印花从自然界中汲取灵感。那么,具有讽刺意味的是,时装业是地球上第二大污染源。经过多年的快速发展,估计有600亿单位的衣服进入垃圾掩埋场或燃烧,从而释放出更多的CO2到大气中。摇篮到摇篮产品创新研究所等组织已经引领了可持续实践的道路,但事实是,如果我们想作为一个物种生存,我们的努力不够好或不够快。时尚的本质该报告将时装业视为通过与其他行业协同生产时装材料和服装来实施这种生产者,消费者,分解者模型的起点,而不是目前在中国制造成千上万个单位的当前全球模型。或在其他任何地方通过船运和卡车运输,在每个阶段都会向大气中排放二氧化碳。在当地模式下,棉花生产商可以与当地农民合作,种植轮作作物和农业生物农业,将粮食种植与牛等动物结合起来,然后再给土壤施肥。在木材工业和农林中正在探索同样的概念。当地生产的另一个优势是,来自农业的产品(例如玉米)产生的废物可以立即转化为材料。

槭树关闭(槭树)种子荚。(图片来源:埃德温·雷姆斯堡/大众图片社GettyImages)通过盖蒂图片社的环球影业集团

所有这些发生的关键是材料创新,这是一个快速发展的领域。北卡罗莱纳州立大学是全美最好的课程之一。它的程序与科学实验室合作,因此材料可以超越织机,从而在分子水平上重新设计材料。在生物科学中,分解可以大规模地构建到材料中,但是我们需要更多的公司来投资这种类型的研究。潜在的利润是巨大的。现在正在开发的材料正在为医疗保健,军事和建筑领域的全新功能铺平道路。想象一下人们可以穿着的生产材料,这些材料也可以与他们的生物识别系统配合使用,从而改善健康状况,然后分解为可用于农场的肥料?

每一项创新都始于对不可能的梦想。先锋们尽管嘲笑和怀疑,但仍预见到了这些可能性,然后在二十年后,我们醒悟到现在看来很正常的状态,并想知道如果没有它,我们将如何生活。如果我们现在投资仿生技术,并坚持对产品,服务和经济模型使用自然的设计,那么我们很有可能在20年内唤醒一个对我们的子孙和孙女既美丽又安全的世界。

鉴于拥有蓬勃发展和生存的潜力,由于遵循自然的简单性,很难理解花了我们这么长时间的东西以及为什么还有许多人仍在抵抗。从小就热爱自然,大自然一直是设计灵感和释放压力的源泉。是什么原因造成了人类的这种二分法,我们需要崇拜自然的人为因素?我多年来一直在思考这个话题。即使涉及到我们的情绪健康,我们也倾向于采用“坚韧”的方法,而不是尊重情绪的自然流淌。专注于PTSD的治疗方法终于暴露了一些。大自然既富饶又美丽,但它也凶猛,恐怖和残酷。一千甚至两百年前,我们没有办法像现在这样保护自己,使生活更轻松。我们完全受自然的左右。三百万年的恐惧可能已经变成了一种将自然屈服于我们意愿的愿望。还有什么可以解释我们的破坏性?就像被困在战斗模式中的创伤幸存者一样,我们被维持我们的困境所困。沐浴森林是一种治愈的好方法,像亚马逊一样,建造室内绿色公园也是找回与地球建立伙伴关系的好方法。

当我们的祖先露西凝视天空时,她在想什么?她在夜晚的茫茫夜空中惊叹吗?当她穿过高大的萨凡纳草丛时,她感觉到存在吗?下次当您在大自然中漫步时,尝试向上而不是向下看树,注意光线如何穿过树叶,看您是否感到轻松自在。研究表明,每天在自然界二十分钟可以延长您的寿命。如果我们停下片刻,欣赏一下地球上的实时计算机对数据进行排序所采用的科学上先进的方法,将食物变成能量,将光变成颜色,以及“智能”系统为我们摆在我们面前的一切提供了答案,您可能会找到一种方法,“使这种改变”使仿生成为我们日常生活的一部分,并能像祖先一样感到敬畏。

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