Hvordan dyrehår kunne inspirere Cleaner Tech

Din hund lugter og sporer mudder gennem huset, selvfølgelig, men er det ikke et under, at hr. Barks ikke er en gående bundt af affald? Og hvad med de små frugtfluer - burde et par støvpartikler ikke være alt, hvad der skal til for at ødelægge deres aerodynamik?

En bi har omtrent lige så mange hår som et egern.

Disse er spørgsmålene stillet af fysiker-biologer David Hu fra Georgia Tech og hans kandidatstuderende Guillermo Amador fra Max Planck Institute. De to for nylig udgivet en anmeldelse i Journal of Experimental Biologi og en opfølgende artikel i Opdage . Deres forskning er ikke bare fascinerende i sig selv (vent til du hører lidt om chinchillaer og SUV'er), den har nogle geniale implikationer for designet af smudsfølsom teknologi som linser og solpaneler.

Hår virker som en hygiejnists mareridt. Det kommer ned til overfladeareal - jo mere overflade et objekt har, jo mere plads er der til at samle støv og andre partikler. (Mine læsere husker måske, at gekkoers behårede fødder og deres relativt massive overfladeareal er det, der gør firbenene i stand til at holde sig til selv glatte overflader.)

I denne henseende ser det ud til, at vi er heldige, at vi er den hårløse abe. Men selv den mest behårede abe har ikke fået noget på Apis (dvs. honningbier) i ren pund-for-pund behåring. Ifølge forskernes Opdage artikel:

Vi mennesker har ca 100.000 hår på vores hoved . Antallet af hår på andre dyr er forholdsvis svimlende. En sommerfugl har 100 milliarder hår, mere end 10 gange så mange som en bæver. Bien har 3 millioner hår, det samme antal som et egern.

Da forskerne ekstrapolerede fra hår til overfladeareal, bliver resultaterne direkte overvældende:

Vi fandt ud af, at hår i gennemsnit øger et dyrs tilsyneladende overfladeareal med en faktor hundrede. En kat har således et overfladeareal af et bordtennisbord. (Dette forklarer hvorfor dens [ sic ] så svært at få kæledyr rene.) En chinchilla har overfladearealet som en SUV. Og en havodder har overfladearealet som en hockeybane.

Hvad dette betyder er, at hygiejne potentielt er et massivt energidræn for dyr - dyr, der i evolutionær forstand hellere vil bruge den energi til at finde mad eller finde kammerater. Der har været en stærk selektiv kraft til at forme dyr for at forblive rene på de mest effektive måder som muligt. Effektiv rengøring, konstaterer forskerne, handler lige så meget om at designe en overflade, der er klar til at lette [rengøring], som om at designe et godt rengøringsværktøj.

Kernen: Et dyr bliver gratis rent, hvis det har den rigtige slags overflade. Hvis vi har denne tankegang, kan vi måske også designe nye enheder, der bliver rene gratis.

De fremhæver solpaneler og biøjne. Begge skal lukke lys ind. Solpaneler producerer ikke så meget strøm, som de kan hvert år på grund af ophobning af støv. Når det ses gennem et scanningselektronmikroskop, ligner et bis øje en nålepude; for Hu og Amador ligner det inspiration:

Forestil dig solpaneler designet som insektøjne. Tynde filamenter kan placeres med jævne mellemrum for at suspendere støv over panelet, men stadig tillade lys at trænge ind. Rengøring af panelet ville svare til blot at stryge det med en anden børste. Ligesom insekterne kunne panelet blive rent uden brug af vand eller kemikalier. På samme måde kan videokameraer, robotters øjne være omkranset med øjenvipper for at reducere aflejring. At bygge syntetiske behårede systemer er genstand for vores National Science Foundation-bevilling, Tekniske insektøjne .

At låne ideer fra naturen er en stolt tradition inden for teknik. Og hvorfor ikke? Naturlig udvælgelse har formet organismer i mindst 3,5 milliarder år. Når dets mål og vores egne stemmer overens, som de gjorde med burreplantens grater og den schweiziske ingeniør George de Mestrals fælles ønske om at knytte en genstand til en anden, opfindelser er født .

De andre naturlige anvendelser af hår strækker sig langt ud over støv - nålepuder i nanoskala på cikadernes vinger er så små og skarpe, at de faktisk springer bakterier som vandballoner. Havodderpels er ekstremt tæt, afviser vand og giver fremragende isolering. Knurhår hos katte og gnavere er udsøgte sanseapparater. Lang kort, hør eller voks , hår er unægtelig et primært mål for biomimik.

Afslutningsvis udfordrer Hu og Amador iFutures regerende paradigme og tilbyder i stedet en meget mere skarp vision om en tekno-utopi:

Vi forestiller os typisk fremtidige robotter dækket af glatte skinnende overflader, som en krompoleret bil. Men i naturen er glatte overflader næppe normen. Fremtidige bordplader kan have stolper i nanostørrelse, der strækker og dræber bakterier ved kontakt. Robotrovere kan være dækket af hår, der mærker deres omgivelser, suspenderer partikler og muliggør nem rengøring. Faktisk kan fremtiden se ret behåret ud.

skjule