Biomimetik (biomimikry) är teknik som efterliknar förebilder i biologiskt liv i naturen. Det huvudsakliga målet är att identifiera, att studera, för

Transkript

1 Biomimetik (biomimikry) är teknik som efterliknar förebilder i biologiskt liv i naturen. Det huvudsakliga målet är att identifiera, att studera, för att efterlikna och överföra lösningar från naturen, Kardborreband är ett exempel på en tillämpning som hämtat sin inspiration från växtriket. 1

2 2

3 3

4 Här får ni ett kort uppdrag som blir vår uppvärmning och där vi sätter på oss biomimetik glasögonen för att identifiera, studera och härma naturen! 4

5 Skäggdoppingens fötter har inspirerat John Eriksson när han utvecklade båtpropellern. 5

6 Redan innan dinosauriernas tid har hajar jagat framgångsrikt i haven i över 200 miljoner år, vilket är en ganska enorm meritlista. Det visar sig att åtminstone att en del av framgången sannolikt beror på de vassa tänder som täcker deras kroppar. Hajens hud består av mycket små enskilda vassa fjäll, som kallas hudtänder eller placoidfjäll. De har samma sammansättning som vanliga tänder. Det yttersta lagret är emalj, sedan dentin och längst in pulpan. En viktig egenskap hos dessa kroppständer är att de inte är släta, utan är spårade. När en vätska rinner över en helt slät yta rör sig den trögare än vätskan som flödar över en "strategiskt" ruggad yta. Vatten som rinner över en slät yta resulterar i stora virvlar - turbulens - delvis på grund av vattnet som rinner på ytan av ett objekt rör sig långsammare än vatten som rinner längre bort från objektet. Skillnaden i hastighet gör att snabbare vatten fångas upp" av långsammare vatten (föreställ dig löv som flyter på en flod - de nära flodbanken flyter nedströms långsammare än de som flyter i mitten av floden. Löven i närheten av flodbanken sveps ibland ut mot mitten av floden i virvlande bågar. Det snabbare vattnet fångar upp det långsammare vattnet och får lövet att snurra mot mitten av floden. Ett djur som simmar igenom dessa stora turbulenta virvlar skulle få en tuff resa, eftersom vattnet träffar vinkelrätt mot djurets färdriktning. Det är där spåren på hajen fjäll kommer in! Spåren minskar denna stora turbulensen på flera sätt: (1) de rätar upp vattenflödet genom att kanalisera det, vilket minimerar turbulens, (2) de påskyndar det långsammare vattnet på hajens yta (som samma volym vatten som går igenom en smalare kanal ökar i hastighet), och minskar skillnaden i hastighet mellan vattenflödet vid hajens yta och vattnet längre ifrån, (3) de drar snabbare vatten mot haj yta så att det blandas med långsammare vattnet som finns där så den totala hastigheten minskar, och (4) de delar upp tjoket av vatten strömmar över hajen så att eventuell turbulens som uppstår ger mindre virvlar. Mänsklig aeronautisk utformning har varit historien om att försöka göra saker och ting smidigare, inte grövre. Föreställ dig hur mycket effektivare båtar - och kanske alla objekt som rör sig genom flytande material - skulle kunna vara om de tog några lärdomar av kungen av haven. 6

7 Vad händer om vi lärde oss att rengöra saker som löv kan göra? Har du någonsin märkt hur saker och ting i naturen ofta är så rent? Du ser ju inga vaktmästare där ute som dammar av träden! Hur gör de det? Ytan på bladen har små små knottror, som du inte ens kan se med blotta ögat. Guppen mellan bulorna gör så att vatten klumpas ihop till runda bollar. Bollarna av vatten glider längs bladet drar bort smutspartiklar på vägen. Endast 2-3 % av vattendroppen nuddar bladet! 7

8 Att bygga starkt är en viktig egenskap hos naturen. Trädens grenar ska kunna bära upp lövverk och nya grenar. Här har man härmat träd i en för att bära en takkonstruktion. 8

9 Termitboet är en fantastisk byggnad. Den jättelika stacken tornar upp sig flera meter ovan mark, men hålrummen och gångarna under boet kan sträcka sig hela 40 meter ner i marken. För att termiterna ska kunna odla svampen som de lever av behöver de ha en jämn temperatur och luftfuktighet. Termiterna kan själva styra temperaturen genom att öppna och stänga luftkanalerna ned till de luftfyllda hålrummen under stacken. På dagen kyls stacken ned av den kalla nattluften som samlats i hålrummen. Det kallas passiv kylning. Principen har används bland annat när man 1995 byggde Eastgate Center, ett stort kontorscenter i Harare, Zimbabwe. Med hjälp av den här byggmodellen gör man bara av med 35% av den energi som skulle gått åt vid vanlig kylning av ett kontorshus. I en termitstack som upprätthåller temperaturen inuti boet till 31 C, medan den yttre temperaturen varierar mellan 3 C och 42 C. Termes projektet som organiseras av Rupert Soar av Loughborough University, går ut på att digitalt scanna termitstackar att kartlägga den tredimensionella strukturen, utbyta gaser, underhålla temperatur och reglerar fuktighet. 9

10 10

11 Modell: Studerar naturens modeller och sedan efterliknar dessa former, processer, system och strategier för att lösa mänskliga problem på ett hållbart sätt. Mått: Använder en ekologisk standard för att bedöma hållbarheten i våra innovationer. Efter 3,8 miljarder år av evolution har naturen lärt sig vad som fungerar och vad varar. Naturen som en måttstock kan vi se i livets principer och är inbäddat i evalute steget i Biomimicry Design Spiral. Metod: Är ett nytt sätt att se på och värdera naturen, som inte bygger på vad vi kan utvinna från den naturliga världen, utan vad vi kan lära av det. 11

12 Livets Principer på jorden är sammanlänkade och beroende av varandra. Livets principer är ett övergripande mönster som finns bland överlevande arter som frodas på jorden. Livet integrerar och optimerar dessa strategier för att skapa förutsättningar för liv. Naturen är modell, måttstock och Mentor. 12

13 Metod: Identifiera önskad funktion Biologisera frågan: Vad skulle naturen göra? Identifiera naturens bästa lösningar och principer Generera produktidéer Verifiera idéerna gentemot naturens principer Steg 1 - Identifiera kärnan i problemet/behovet Fråga dig Vad vill jag att min design ska åstadkomma?, inte Vad vill jag designa? Upprepa frågan Varför vill jag att min design ska åstadkomma detta?, om och om igen till du gått till botten med problemet Gör funktionsanalys Steg 2 - Biologisera problemet Fråga Hur uppfyller naturen denna funktion?, fråga också Hur gör naturen när den inte uppfyller funktionen? Definiera habitatet; fysiska, kemiska, sociala förutsättningar o s v (kravspecifikation) Översätt livets principer till designkrav. Steg 3 Upptäck naturens lösningar Gå ut! Studera lösningar både bokstavligt och bildligt Fördjupa dig i litteratur Brainstorma med biologer Studera lösningar där den önskade funktionen är extremt viktig för överlevnad, samt extrema habitat som liknar ditt, extra noga Ordna och strukturera naturens lösningar på ditt problem Steg 4 Härma naturen Idégenerera Referera till och förankra i Upptäckarfasen (steg 3) Konsultera biologer Välj ut naturens bästa lösningar Urskilj de faktorer och principer som leder till lyckade resultat Applicera dessa faktorer och principer i så stor utsträckning som möjligt i dina lösningskoncept Steg 5 Utvärdera gentemot livets principer Kan din design anpassas och utvecklas? Främjar din design förutsättning för liv? 13

14 UPPTÄCK FUNKTIONEN INTERAKTIVT SÄTT ATT UTFORSKA BEGREPPET FUNKTION Funktion är ett grundläggande begrepp i bionik. Här är en roliga aktivitet som hjälper eleverna att se hur naturen fungerar, och att göra kopplingen mellan biologisk funktion och teknisk tillämpning. Aktiviteten Upptäck funktionen är hämtad från Biomimicry Institute. Om vi ska lära oss att se vad som fungerar i naturen, och för att försöka efterlikna detta i utvecklingen av vår egen teknik, måste vi kunna se hur naturen fungerar. Funktionalitet är essensen som biomimetiken försöker att härma i den naturliga världen. Till exempel hur strukturen på geckofötter gör det möjligt att klättra på väggar utan att använda lim, eller hur termitstackar reglerar temperaturen utan extern energi. Upptäck funktionen är inte hur elever vanligtvis lär sig att observera naturen. I den här aktiviteten, lär de sig att se funktionen i naturliga föremål genom att beskriva dem med alla sina sinnen (utom synen) medan de har ögonbindel på. Denna aktivitet är en grundläggande inledande övning som kan användas med nästan alla åldersgrupper. 14

15 15

16 Material En uppsättning naturliga föremål som vi kan hitta i naturen eller i skolans samlingar. Ögonbindlar och arbetsblad. Genomförande 1. Låt eleverna bilda par och ge varje par en ögonbindel och ett arbetsblad ( se nästa sida om du vill använda det). En person i paret ska med förbundna ögon undersöka ett naturligt objekt med alla sina sinnen utom synen. Uppmuntra dem till att känna, lukta mm. Samtidigt beskriver hon/han föremålet, t.ex. det är mycket mjuk vid spetsarna etc. 2. Ge varje par ett naturligt föremål, eller ta med dem ut i naturen och låt dem leta upp och undersöka både levande/icke levande organismer. 3. Personen som inte har ögonbindel ger föremålet till sin partner som har ögonbindel på(eller leder han/henne försiktigt till föremålet i naturen). 4. Nu ska personen med ögonbindel använda alla sina sinnen (alla utom synen) till att undersöka föremålet och beskriva vad de känner. Om du använder arbetsbladet, be eleven utan ögonbindel att skriva ned alla adjektiv. Gör om proceduren med flera naturliga föremål. 5. Be nu eleven utan ögonbindel att läsa upp alla adjektiven till kompisen med förbundna ögon (här kan man välja att ta av ögonbindeln) och låt dem få spekulera kring funktionen av egenskapen. När de hittat en funktion skriver de ned detta. 6. Låt eleverna byta med varandra och upprepa övningen med nya naturliga objekt. 7. Som ett alternativ kan du lägga till en fjärde kolumn i arbetsbladet som du kallar användning eller tillämpning. Be nu paren att fundera kring hur varje identifierad egenskap och funktion kan tillämpas för att lösa en teknisk utmaning! 16

17 17

18 Förslag till hur eleverna kan systematiskt arbeta med att undersöka funktioner. Utveckla arbetsbladet vidare och upptäck den sinnrika naturen på Universeum eller ute i naturen. 18

19 19

20 Bakgrundsfakta; Vad händer om vi lärde oss att rengöra saker som löv kan göra? Har du någonsin märkt hur saker och ting i naturen ofta är så rent? Du ser ju inga vaktmästare där ute som dammar av träden! Hur gör de det? Ytan på bladen har små små knottror, som du inte ens kan se med blotta ögat. Guppen mellan bulorna gör så att vatten klumpas ihop till runda bollar. Bollarna av vatten glider längs bladet drar bort smutspartiklar på vägen. 20

21 21

22 Prova olika fallskärmsmaterial. Fråga dem hur de kan få maskrosen att flyga lugnt och landa mjukt? 22

23 23

24 24

25 25

26 Det finns mycket i naturen som behöver kunna packa ihop sig och veckla ut sig. T ex så behöver skalbaggar kunna vika in sina vingar när de är på marken och snabbt fälla ut dem vid flykt. Under evolutionen har naturen utvecklat olika utfällningsmekanismer som ska kunna fungera perfekt. En mänsklig innovation är paraplyet, men den är inte optimal kräver mycket kraft för att fälla ut och ihop. Men om inte skalbaggens mekanism fungerar blir den lätt ett byte. The Ha-ori folding mekanism Detta lövvikningsmönster utvecklades av en tysk designer och hon blev inspirerad i sin tur av en japansk astronomen som var intresserad av origami och ville utveckla ihopfällbara solpaneler för rymdstationer. 26

27 27