ניצול הפוטנציאל של טכניקות מטבוליזם בהשראת ביולוגית עבור יישומים הנדסיים

טכניקות בשפע בהשראת ביולוגית מייצגות שינוי פרדיגמטי בהנדסה חומרים, ציור מ מיליארדי שנות הזיקוק האבולוציוני של הטבע.על ידי העתקת המיקרו- וננו-מבנה שנמצאו באורגניזמים כגון mollusks, beetles, וצמחים, מהנדסים מפתחים ציפויים שהם קלים, חזקים יותר, יציבים יותר מאשר עמיתיהם הקונבנציונאליים מציעים נתיב לשיפור ביצועים על פני שטח אווירי, biomedical, תוך כדי הקטנת האתגרים הנוכחיים של תחום זה, והשפעה ימית של חומרים סביבתיים, תוך כדי שינוי של תכונות אלה.

מה הם טכניקות של מטבוליזם?

Bio-inspired plating כרוך בחיקוי מכוון של מבנים ותהליכים ביולוגיים כדי ליצור ציפויים סינתטיים.טבע מספק ספרייה עשירה של עיצובים אופטימיזציה: המבנה הנטוע-הזיכרון של nacre (אימה-of-pearl) מעניק קשיחות יוצאת דופן; התוספים המיקרו-החומריים על עור כריש להפחית ולעמוד בסתערעור; ה- ⁇ ה-micro-by-inposic-inposing תהליכים אלה עם קרינת-inated אלקטרו-avation-in-in-in-in-in-inated אלקטרו-inated.

לדוגמה, ציפויים נוקרי-מימטיים מוטבעים על ידי שינוי שכבות של מינרלים קשים (למשל, סידן פחמן) ופולימרים אורגניים רכים, יצירת תרכובת סופגת אנרגיה ומתנגדת להפצת סדקים.כרישים-שונים-בפנים מעוררים פני השטח מיוצרים באמצעות יעילות מיקרו-מדומים או טקסט לייזר, מה שמביא דפוסים להפחתה של תכונות טבעיות של לוטוס, על ידי קיבולת של עד ל-8%-מנת ל-לקטוזבת.

יישומים בהנדסה

התאמתן של טכניקות ביו-שעור השראה הובילה לאימוץ שלהם על פני תחומים הנדסיים מגוונים, כל אחד מהם מקשה עיצובים טבעיים ספציפיים לפתרון בעיות ספציפיות בתעשייה.

חללי תעופה

ב-Aerospace, ירידה במשקל ויחסי כוח גבוהים הם קריטיים.ביו מעוררי השראה מחקים את המבנה של exoskeletons ועצמות ציפורים - תוך שמירה על קליפה חיצונית קשה עם מעטפת משקל, בפנים נקור-מימית של חומצות שומן מוחלות על מנת לשפר באופן משמעותי את עמידותם ועייפות החיים תוך הוספת מסה מינימלית, ציפויים למחצה של כרישים-Firdine-Faltenic לצמצום של תרופות ל-D25%-Ricial של דלקים:

ביו-רפואי

(השתלים בהשראת ביולוגים פיתחו השתלים אורתופדיים ורפואת שיניים. Mimicking the ⁇ , אדריכלות מינרלית של העצם מקדם משקעים - הקשר המבני ותפקודי הישיר בין עצם חיה לבין טכניקת פני השטח של השתלים כגון הידרוקסיפטיט דהפוזיציה באמצעות ציפוי דמויי אוויר דמויי אטומי, שהם בעלי יכולת ביולוגית ומכנית, כמו גם על ידי ציפויים של תאים מטושטשים (Fact) אשר מתוחכמים, אשר מדגימים באופן יעיל על ידי פולשים (ALT-Fact) של תאים) של תאים:

Marine Marine

סביבות הנחתיות מציגות אתגרים חמורים של קורוזיה ו biofouling. bio-inspired plating שואב מן משטחים החלקלקים של דגים ⁇ כמו loach (אשר מפרשת שכבה רזה) ואת הכימיה הברנק-המגירה של עור גרורני באופן משמעותי אורגניזמים רגישים על פני השטח Nhydrophobic מבוסס על על על על על על על עלה הרבה פחות מים ובכך שכבת דלקת כבד של microhecasicols, 000 צבע נוזל, 000, 000 נוזל דבקה) ו-ידי ציפויים רגישים נוזל דבקה נוזל סגסוגת נוזל (חומצה פוליציליק) ו-ידי נוזל סגסוגת נוזל ⁇ סגסוגת נוזל ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

רכב

הנדסת רכב מציפוי בהשראת ביו-שאיבה אשר משפרים את ההתנגדות ללבוש ולהפחית את החיכוך.לדוגמה, גסות דו-ממדית בהשראת הקליפה של חרטה במדבר מאפשרת משטחים ללכוד מים מערפל, מושג המותאם לכיסוי עצמי של משטחים של פחמן-כמו יהלום עם מבנה דמוי-אווירה היררכי המופעל על ידי ⁇ ולהפחית את הציפוי-ידי הציפוי של מזון עצמי, בנוסף לציפוי-ידי הציפוי-הרכב-פחמי- 1-Fcre-compre-comprecrecrecre-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to

היתרונות של Bio-Inspired Plating

כאשר נמדדים נגד שיטות מינוף קונבנציונליות, גישות בהשראת ביולוגית לספק כמה יתרונות מרכזיים התואמים לדרישות הנדסיות מודרניות לביצועים, קיימות ויעילות עלות.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות ההבטחה שלהם, טכניקות רבותי השראה אינן עדיין מיונסטרים.יש להתגבר על מכשולים אחדים כדי להשיג אימוץ תעשייתי נרחב.

(FLT:0) calScalability:001 רבים מהמבנה המורכב המצוי בטבע קשה לשחזר אזורים גדולים בתפוקה גבוהה.הההיווצרות של שכבות nacre-mimetic דורש שליטה מדויקת של שיעורי המחיקה וטמפרטורות תת-קרקעיות, אשר הוא יקר ואט באופן דומה, טקסט לייזר עבור כרישים-skin ribles מוגבל לכדי קיבולת קטנה הם רק חוקרים עצמיים רק כדי לרסן.

(FLT:0) Cost:BuildFLT:1) ציוד וחומרים מיוחדים - כגון מיקרו-capsules פולימר עבור ההשלמה עצמית או ננוקלי עבור היברידיות אורגניות-inorganic - יכול להיות יקר.עם זאת, כמו עם טכנולוגיות מתפתחות רבות, עלויות צפויים לרדת כמו תהליכי ייצור בוגר וביקוש עלייה.

(FLT:0) אחריות בתנאים קיצוניים: FLT:1 כמה ציפויים בהשראת ביולוגית מתכווץ תחת חשיפה גבוהה UV, רכיבה על אופניים טמפרטורה, או ללבוש abrasive. לדוגמה, משטחים סופר-hydrophobic יכול לאבד את הדלפק המים שלהם לאחר מגע מכני חוזר מתמקדת "רובוסט" ציפויים על ידי שימוש פולימרים או מטביעה את המבנה באופן קבוע, לעתים קרובות רק על ידי מטבוליטים גמישים.

(FLT:0) המורכבות של עיצובים טבעיים:FLT:1 ,החל את הארגון ההיררכי המדויק מן הננו-לקרוסקאיה הוא מאתגר.מערכות ביולוגיות לעתים קרובות משלבות חישה והסתגלות פעילה, שקשה מהנדס באופן מלאכותי.

(FLT:0 כיוונים עתידיים TERFLT:1) כוללים ציפויים "חיים" אשר להטביע ביופילים חיידקיים או תאים כדי עצמית להגיב לגירויים - למשל, מונדס E. coli המייצרים peptides אנטימיקרוביאלי כאשר סדק מזוהה.אזור מבטיח אחר הוא שילוב של חיישנים כי לפקח על ציפוי ודיווח בזמן אמת, המאפשר תחזוקה חיזויית של biominalizing תהליכים רבים לאחר מכן עשוי לשלב מינרלים על פני השטח (חומרים) כדי להוביל מינרלים רבים לאחר מכן.

בטווח הקרוב, תעשיות צפויות לאמץ מרכיבים בעלי השראה ביולוגית עבור רכיבים בעלי ערך גבוה שבו הביצועים הרווחים להצדיק את העלות - כגון שתלים רפואיים, להבים טורבינות וחלקי רכב מירוץ. כמו התקדמות המחקר, טכניקות אלה יתקלו ביישומים בשוק המוני, מה שהופך את האופן שבו אנו מגנים ומשפרים משטחים ממונדסים.