إن الكيمياء الحيوية، وممارسة التعلم من الأشكال الطبيعية والعمليات والنظم الإيكولوجية، ثم حفزها، من أجل إيجاد تكنولوجيات بشرية أكثر استدامة وكفاءة، هي إعادة تشكيل التصميم الهندسي، حيث لا يوجد أي مكان أكثر وضوحاً من مجالات الديناميكية الهوائية والهيدرائية، وكثيراً ما تخضع كل كائن حي على الأرض لقوانين الفيزياء غير المستقرة التي تُنتج عن التدفقات الهندسية المتطايرة للتحولات الطبيعية، مما أدى إلى تضخيم التدفق.

فيزياء مقاومة الفولط وسرقة

"لتقدير تصميمات الطبيعة، يجب أن يفهم المرء القوى الأساسية" "الضغط الخفيف" "الذي يسببه"

دروس من الحياة المائية لخفض الدراج

فالمياه أكثر كثافة من الهواء بحوالي 800 مرة، مما يجعل الحد من الجر من المحركات عاملا رئيسيا في النجاح التطوري في البيئات البحرية، وقد نظر المهندسون إلى المحيطات بالنسبة لبعض أكثر التكنولوجيات فعالية في خفض الجر.

القرش الجلدي و تخفيض الخصية

إن جلد قرش سريع الارتداد، مثل سمك التفريغ القصير، ليس سلسا، بل يغطيه المايكروسكوب، وحجم الأسنان الذي يسمى الكثافة الجلدية، وهذه الكثافة مجهزة بالطوابق الطويلة، أو التمزقات، التي تتلاءم مع اتجاه الزهر، وقد أثبت المحركات في مؤسسات مثل جامعة مانشيستر أن هذه الاضطرابات الخافضة.

وقد تم بنجاح تسويق هذا المبدأ، حيث أصبحت بدلة سبيدو لزر راسر، التي تضم منسوجة شبيهة بالإنجيل، غير صالحة في الألعاب الأولمبية لعام 2008 لتمكين مجموعة من السجلات العالمية قبل حظرها، وفي التطبيقات الصناعية، وضعت 3M فيلماً للحد من الرش في مقطورات الشاحنات والطائرات التي تجسد الأثر المتفشي، مما أدى أيضاً إلى وفورات في الوقود المحتملة تبلغ 5-7 في المائة.

"تدريملين" من "بوك فيش"

سمكة الصنبور (الفولط) (الفولط) و(الزجاج) و(السيارات) و(الكوبوت) و(الزجاج) و(الزجاج)) و(الزجاج) و(الزجاج) و(الزجاج) و(الدجاج) و(الدجاج)

ظواهر رهاب الظواهر الخارقة وإصابة اللوتس

ولئن كانت ورقة اللوتس هي محطة أرضية، فإن تأثيرها على جر الهيدرودينامي كبير، وسطح الورق مشمول بمطبات مجهرية (بابيلي) مُكَوَّلة بمواد شمسية، مما يجعلها مُخدرات، وبقايا الماء ترتفع إلى ما يقرب من الكمال، وتُطفّل، وتُلتقط التراب والملوثات.

الاستراتيجيات البيولوجية لتوليد الحرف

رفع كفاءة هو المقدس للطيران، نشرات الطبيعة، الطيور، الخفافيش، الحشرات

Winglets and Feathers: Managing Wingtip Vortices

وعندما يولد الجناح ارتفاعاً في الهواء من السطح السفلي فوق الجناح إلى المنطقة المنخفضة الضغط على القمة، مما يؤدي إلى حدوث دوامة مباشرة، وهذه السور الذي تسبب في حدوث تسربات في أجنحة صغيرة، هي عقوبة كبيرة على جميع أسطح الرفع.

السلالات الرئيسية: حوت هامبباك

ربما أحد أكثر مصادر الإلهام الهائجة هو الحوت الهابط على الرغم من حجمه الهائل، فإن العوده مُنَفَّذ جداً،

الرحلة الصامتة للمال: إدارة نواة تدفق

إنّها تُؤدّي إلى مُنظمة مُتَوَجِّلة من مُصَدِّراتِ الرؤوسِ، وَجُهاتَ الرؤوسِ المُتَوَقَّدَةِ، وَعْدَةَ مُتَخَلِّصَةٌ في الْمَسَنَةِ.

إدماج الديناميات الحيوية في النظم الهندسية العالمية الحقيقية

ويتطلب ترجمة ملاحظة بيولوجية إلى منتج هندسي وظيفي تصميما واختبارا متينين، كثيرا ما تيسرهما الأدوات الرقمية المتقدمة.

الأيروديناميات الآلية: من المفهوم إلى الإنتاج

وفيما عدا سمك الفولط، فإن مصممي السيارات ينظرون إلى أشكال السمك الخبيثة وإلى أجساد الطيور المبسطة لزيادة خفض معامل الجر، فسيارة مفهوم النبوءة في هيونداي، على سبيل المثال، تستخدم نظاماً معتمداً للحد من الحشرات الموازية مستوحى من الطائرات والالأشكال البيولوجية، بل إن شكل الحافلات المدرسية يعاد تقييمه، وينتقل من الإطار التقليدي إلى أشكال أكثر قابلية للقياس.

الأيروسات: رفات المورفين والهيكلات المشابهة

أجنحة الطائرات الحالية حل وسط، مصممة لظروف رحلة معينة، تضحي بكفاءتها أثناء الإقلاع، الهبوط، المناورات،

الطاقة المتجددة: الريح الناشبة

وتواجه صناعة الطاقة الريحية تحديات تتصل بالضوضاء، والشحنات الهيكلية، والكفاءة في سرعة الرياح المنخفضة، ويوفر التأثير المكثف حلا طبيعيا، وينتج التربينات الريحية الفيزيائية، وبخاصة التصدّع مع الزوايا المتقلبة للهجوم، ويضيفون حافة متطورة بيولوجيا إلى النسيج، وقد أظهر المهندسون أن التربينات يمكن أن تُنَبَت في شكل رياح أقل.

دور الأدوات المتقدمة في التصميم البيولوجي

وتعقيد أشكال الترسبات البيولوجية - الميكروسكوبية، والغطاء المركب، والهياكل المرنة - يتطلب أدوات رقمية متطورة للتحليل، وال المحاكاة، والتكرار، ويستخدم المهندسون برامجيات الديناميكيات السائلة المحسوبة لنموذج التدفقات المضطربة واللامنة على هذه الأسطح المعقدة، وينتج المسح الضوئي للتصميمات البيولوجية عن كل شكل من أشكال التغيّر الفيزيائي أكثر كفاءة من الناحية المادية.

ونظراً لأن الأفرقة الهندسية تُعدّل أبحاثها الحيوية الحيوية، فإن منصة يمكن أن تكون مكتبة رقمية مركزية أساسية، وتُعدّ نماذج طبيعية مُنظَّمة للبيانات تربط بين مسح دقيق لحجم سمك القرش وبين معامل الجر المطابق، والقيود المفروضة على التصنيع التي تنطوي على طباعة ثلاثية الأبعاد، وأفرقة بيانات الأداء النهائية لإنشاء مكتبة حيّة للابتكار الطبيعي، ونظام موجه نحو المطور مثل نظام " Directus " هو نظام مصمم بشكل غير عادي وملائم تماماً جيداً لهذا النوع من أشكال العمل الفني المعقد.

دراسات حالة في الهندسة المُلهمة بالطبيعة

قطار شينكانسن

ربما أكثر مثال للتصميمات الحيوية هو "شارب "اليابان" الـ 500 "شينكانسن" الأصلي الذي صنع أنف القطار "أحدث "الزجاجة الخفيفة" عندما خرج من الأنفاق، و أحدث ضجةً وخالفت المعايير البيئية الصارمة

Wind Turbine Blade Optimization

شركة (ويل باور) قامت بتسويق تكنولوجيا الأنابيب لمعجبي التبريد و التربينات الريحية الصغيرة، وما ينتج عن ذلك من تصميمات شفرة، تعرف باسم " نصل (WhalePower blade) تظهر زيادة إنتاج الطاقة السنوي وتخفض الضوضاء الهوائية، وفي الاختبارات الميدانية، كانت هذه الموكب تعمل بكفاءة أكبر في الظروف المضطربة المنخفضة السرعة حيث تعطل النسيج التقليدي

مركبات جوية صغيرة وطائرة خفيفة

إن تطوير مركبات جوية صغيرة للاستطلاع والرصد دفع مهندسين لدراسة طيران الطيور الحشرية والرطوبة، وتعتمد هذه الكائنات على آليات غير ثابتة للطيران، مثل حركة الارتباك والارتطام بالأجنحة الصغيرة، وهذا الحركة تولد معامل رفع أعلى بكثير من ما يمكن تطويره من خلال أجهزة محاكاة تعمل بالطيور المتحركة مثل التدفقات الثابتة.

مستقبل التصميم المُلهم بيولوجياً

مستقبل الهندسة الحيوية مرتبط ارتباطا وثيقا بتطوير مواد جديدة وطرق تصنيع، التصنيع الإضافي (3D الطباعة) أمر حاسم، لأنه يسمح بإنتاج الباحثين المعقدين والمتعددي الأطقم والموجودين في الطبيعة والمستحيلة القذف أو الطاحن، كما أن المواد الذكية، مثل محاور الذاكرة المتحركة، توفر الإمكانية للأجنحة التي تتغير استجابة للضغط الجوي أو الإشارات الكهربائية، مثل البطاريات المصطنعة.

الاقتصاد الدائري هو حدود أخرى، فالطبيعة لا تنتج نفايات أو تلوثاً في نهاية العمر، المواد البيولوجية تدور في النظام، ولن تؤدي التصميمات الحيوية الحيوية في المستقبل إلى تضييق شكل الطيور للرفع فحسب، بل ستخفف أيضاً من كفاءة المواد وإعادة تدوير هيكلها الطبيعي والعظمي.

الخلاصة: الهندسة مع الطبيعة كمعلم

إن الكيمياء الحيوية توفر مسارا قويا للهندسة، فهي تتجاوز مجرد استخراج الموارد من العالم الطبيعي للتعلم من حكمتها، وبدراسة كيفية غطائها في الأسماك الملوك، أو جفاف القرش، أو مناورة للحوت، يمكن أن نحسن بشكل أساسي كفاءة أدائنا واستدامته، كما أن الأساطيل التي تستخدمها في المستقبل، أو في تصميم الأسطول البحري، أو في المزارع التي لا تملكها الرياح، تكون أكثر هدوءا.