Uzaylı insanlık için bilinen en temiz ortamlarda çalışır: vakum, aşırı sıcaklık hızları, yüksek enerjili radyasyon ve mikrometeoroid etkiler. On yıllardır, mühendisler muhafazakar, aşırı enerjili çözümleri arıyordu - · kırmızı motorlar ve ağır marjlar - sadece hayatta kalmamasını sağlamak için - daha derin bir şekilde çalışır ve daha uzun operasyonel yaşam süresi talep eder - yeni bir paradigma ortaya çıktı: biyo-en ilham verici mühendislik. Doğaya bakan üç milyar yıl R&D portföy, araştırmacılar sadece zorlanmış uzay araçları geliştiriyorlar, ancak bu tür bir tasarım ve onarımlar, daha da etkili hale gelir.

Doğa Uzay Kıyması için Blueprint Nedenini Tutuyor

Evrim, uzay araçlarının her kilogramını başlatmak için on binlerce dolara ihtiyaç duyduğu aynı zorlukların çoğunu çözdü.Bu biyolojik stratejileri sistematik olarak soyutlayarak ve bunları sentetik sistemlere uygulayabilmeleri, genellikle bu geleneksel mühendisliğin eşleştirilemeyeceği atılımlar yapıyor.

Örneğin, insan vücudunun kesik veya regrow kemiklerini iyileştirme yeteneği, şu anki biyolojik mekanizmaların mühendislik koşullarına göre elde ettiği doğrudan analog değildir - kendini kınayan polimerler ve merkezi olmayan kontrol - uzay araçları sürekli olarak formda değişken bir esneklik elde edebilir.

Kendi kendine özgü malzemeler: Autonomic Hasar Onarımı

En umut verici biyo-inspired teknolojilerinin biri kendi kendine özgü malzemelerdir. Doğada, organizmalar karmaşık biyokimyasal süreçlerden yaralarlarlar.Mühendisler bunu mikrokapı kullanarak materyal seviyesinde çoğaltmışlardır, ya da manuel olarak yeniden dönüşümlü kimyasal bağlar kullanarak, yapısal bütünlüğü ve sızıntıları geri alabilir.

Mikroencapsulation and Vascular Systems

Erken öz-öğrenme malzemeleri, küçük çatlakları doldurmanın katalizörü kullandı, ancak kapsüller bir çatlakların altında gömülürken, biyolojik damar ağları (örneğin kan damarları gibi), boşlukları iyileştirmeye yönelik materyallerle yeniden inşa edilen bir katalizöre yol açıyor. Bu yaklaşım, küçük çatlaklar için etkili oluyor - Illinois Üniversitesi'ndeki araştırmacıların uzun süre boyunca tekrarlanan metalik çatlakları geri döndürdüğünde, biyolojik damar ağları (örneğin, kan damarlar gibi) tekrarladı.

Terzit ve Şekil Hafıza

Başka bir sınıf kendi kendine özgü malzemeler supramolecular kimya kullanır - bir deniz salatası ile birlikte tutulan polimerler veya diğer geri dönüşümlü etkileşimlerin yanı sıra, maddi zararlar, ısı veya ışık, bağları reforma, etkili bir şekilde “öpürme” ile tetikleyebilir, ancak araştırma, bu kavramları tamamen kendi kendini şekillendiren yapısal panelleri genişletir (bir deniz salatası gibi), onlarca yıldan sonra orijinal şeklini geri almaya programlanabilir.

Verimli Aerodinamik: Kuşlar ve Fish'den dersler

Uzaylı uzayda çoğunlukla çalışırken, başlatılmış, yeniden hareket sırasında gezegensel atmosferler üzerinden geçmelidir ve manevra manevralarını artırmak için yollar sunarlar. Üst atmosferde bile, sürüklenme yörüngeleri kullanarak ve perturbistan kontrollerini gerektirir. Bio-inspired aerodinamik, kuşluktan ve balık yüzmeden elde edilen, ağırlık eklemeden ve manevra kabiliyetini azaltmanın yollarını sunar.

Esnek Kanat Yüzeyleri ve Morphing Control Yüzeyleri

Kuşlar, hava akımlarına yanıt olarak kanatlarının şeklini sürekli olarak ayarlar, bir kuşun kanatını bükme ve bükme yeteneği, yüksek bir saldırı sırasında uzay gemisine morfing kanatlarını geliştiriyorlar.Örneğin, NASA Langley Research Center, bir kuşluk kapsülü gibi bir "morflama ve bükme" test etti, yüzeysel olarak 10 binicilikten yukarı doğru sürüklenebilir.

Vortex Manipulation and Silent Flight

Owls, vortices'i kıran özel tüy yapılara sahiptir, yakın yetenekli uçuşa izin verir. Bu konsept gezegen arazilerinin akustik imzasını azaltmaya ve inişin zararını azaltabilecek şekilde akış ayrımını bastırmak için uyarılır.

Adaptif Yapılar: Doğanın Değişkenleri Stiffness

Birçok biyolojik organizma, mekanik özelliklerini talep üzerine değiştirebilir. Deniz salatası, örneğin, cildi saniyeler içinde sertten pliable'ye dönüştürebilir, dağıtım mekanizmalarına veya kilitlenmelerine izin verir. Mühendisler bu konsepti termal yüklere, vibrasyonlara veya etkiye cevap veren uzay aracına çevirebilecek şekilde çevirebilirler.

Elektroaktif polimerler ve Yapay Kaslar

Elektroaktif polimerler (EAP), genellikle yapay kaslar, sözleşme veya elektrik alanı uygulandığında genişletilebilir. Mikrogravity'in şeklini değiştirmek için kullanılabilir. Avrupa Uzay Ajansı, EAP tabanlı motorlar olmadan EAP paketlerini bile araştırır.

Tensegrity Structures and Gecko-Inspired bubblepers

Onsegrity yapıları - baskı ve gerginlik içinde tutulan kablo ve strutların sistemleri - bir araya gelen kemikler ve tendonlar, sert eklemler olmadan bir vücudu desteklemek için birlikte çalışır. NASA'nın Jeteronal arazileri için çökmüş ve sonra otomatik olarak monte edilmiş bir yapıştırıcıdır.Çünkü iniş sırasında enerjiyi absorbe ederler.

Resilient Power Systems: Bio-Energy Storage and Harvesting

Uzaylı güç sistemleri yıllar veya on yıllar boyunca güvenilir olmalıdır, genellikle güneş enerjisinin az olduğu ortamlarda (örneğin, derin alan, Ay'da kalıcı gölge). Doğa depoları enerji verimli bir şekilde yağ, glycogen ve adenosine trifozoftfo (ATP) Biyo-inspired güç depolamaya ve hasat etmeye yönelik yaklaşımlar içerir.

Biomimetic Piller ve Superkapors

Biyolojik enerji depolama sistemleri yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir ve kendi kendine yardımcı olur. Araştırmacılar, kontokontotoz paketinin yüksek rezorasyonlar toplama yöntemiyle ilham veren lityum-sulfur bataryalarının enerji yoğunluğunu yüzde 200 oranında artırabileceğini gösteriyorlar. Benzer şekilde, bitki hücresi duvarlarının tabakalı yapısını taklit eden süper kapasiteye sahip olan yüzeysel nanoyapıtları NASA'nın Uzay Teknolojisi Misyonu, 2030'un enerji yoğunluklarını azaltacak şekilde finanse edebilir.

Termal Yönetim Termite Mounds ve Cacti tarafından ilhamlandı

Termal kontrol, uzay aracı için büyük bir meydan okumadır, ki bu da hem aşırı güneş ısıtma ve derin uzay soğuk. Termite mounds maintain a almost Constant internal temperature against outside updates, using a bio-inspired kaplama aslı on the structure of cactus omurgas, which changed color to reflect or absorb heat), mühendisler, dışsal kontrol sistemlerine rağmen, yüksek sıcaklık koşullarından ilham alan ve düşük enerjili yüzeylere dayanan bir biyo-inspired kaplamayı test eder.

Özerk Operasyonlar Için Ortamsal ve Swarm Robotics

Uzay sanatı giderek daha bağımsız olarak, özellikle iletişim gecikmelerinin gerçek zamanlı zemin kontrol pratik hale getirdiği derin uzay görevleri için, ant kolonilerinden sinir ağlarına kadar, merkezi olmayan karar verme ve kendi kendine özgü kontrol algoritmalarına geçiş yapmak için daha fazla ihtiyaç duymaktadır. Bio-inspired kontrol algoritmaları şimdi uzay aracı batarmlar ve modüler robotlara gömülüdür.

Konsolide Yönetimi için Savaş İstihbaratı

Bes, kuşlar ve balıkların davranışları tarafından ilham alın, swarm istihbarat algoritmaları, merkezi bir kontrol olmadan birden küçük uzay aracının koordinat edilmesine izin verir.TheDANFLT:0)NASA Yenilikçi Gelişmiş Kavramlar programı), bireysel birimleri başarısız olursa olsun, kolektif olarak sağlam davranışların yapılmasını sağlar.

Bio-Inspired Perception and Landing Systems

Uçucun bileşik gözü gibi böcek görme sistemleri, geniş açılı, düşük çözünürlükli hareket algılamasını sağlar. Ommati'nin düzenlenmesini taklit eden Biyo-inspired kameralar (gerçek lensler) gezegen iniş sırasında tehlike tespiti için geliştirilmektedir. Bu kameralar görsel dönüm noktaları kullanarak nasıl hareket edebilir, Avrupa Lander gibi, küçük ölçekli böceklerden faydalanabileceklerdir.

Radyasyon Shielding ve Adaptasyon: Extremofililerden Dersler

Uzay radyasyonu -galactic kozmik ışınları ve güneş enerjik partiküller - Dünyadaki bazı organizmalar, örneğin bakterisi akanı için biyolojik ölçümler (Döneticileri) ve yeni koruyucu malzemeler içerir.

Araştırmacılar radyasyona maruz kalan DNA onarım enzimleri elektronik için polimer kaplamalarına gömüyorlar, kemikten kaynaklı hasarların yapısını yeniden tamir etmelerine izin veriyor.Bu, mineralize edilmiş bir matrisle karşılaştırıldığında doğrudan bir biyo-mimikür.AFLT:2.

Gerçek Misyonlara ve Bütünleşme

Biyo-tanışlı mühendislik büyük bir vaat tutarken, bu teknolojileri uçuş-telif uzay aracına entegre etmek genellikle önemsiz değildir. Biyolojik modeller genellikle sabit değildir, mühendislik deterministik gerektirir, test edilebilir performans gerektirir. Self-healing materials hayatta kalmalı titreşimler ve vakumlama yapıları bozulmadan milyonlarca döngü için çalışmalıdır.

Ancak havacılık endüstrisi biyo-inspired çözümleri artırmaktadır. James Webb Uzay teleskopu bir katlama kullandı veyaigami-inspired güneş koruyucusu (a bio-mimicry of geometrik katlama) CubeSats şimdi laboratuvar gösteri ve uzay ışık mirası arasındaki boşluğu kapatıyor.

Resilient Uzay Sanatının Geleceği: Biyoloji ile Bir Symbiosis

Görevler Ay'ın kalıcı olarak gölgeli kraterleri hedef alıyor, ancak temel olarak farklı bir felsefe: “güçlü Ayların alt okyanusları, geleneksel mühendislik marjları, sınırlarına dayanıklı ve verimli) – yaşamsal iyileştirmeler gibi, ancak temel olarak farklı bir felsefe: sadece “güçlü” olan sistemleri yapmak yerine, dünyayı yeniden inşa eden sert ahşap zeminlere ve daha sert bir şekilde yeniden inşa eden, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı olmayan, kalıcı bir şekilde,

Uzay keşif geleceği doğa ile ortaklık içinde yatıyor. Evrimin mühendislik sırlarını bölmeye devam ettikçe, on yıllardır hayatta kalabilen uzaysal sistemlere açıklayacağız ve bilinmeyenlere adapte olacağız. Bio-inspired mühendisliği, insanlığın çok düzlemli bir tür yapması için bir çerçevedir.