Σημαντική Σημείωση: Για την καλύτερη παρουσίαση του θέματος, προτείνεται η χρήση της «Προβολής Παρουσίασης»!! Σε ορισμένες, ωστόσο, διαφάνειες η λειτουργία.

Παρουσίαση με θέμα: "Σημαντική Σημείωση: Για την καλύτερη παρουσίαση του θέματος, προτείνεται η χρήση της «Προβολής Παρουσίασης»!! Σε ορισμένες, ωστόσο, διαφάνειες η λειτουργία."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Σημαντική Σημείωση: Για την καλύτερη παρουσίαση του θέματος, προτείνεται η χρήση της «Προβολής Παρουσίασης»!! Σε ορισμένες, ωστόσο, διαφάνειες η λειτουργία αυτή καθίσταται απαραίτητη προκειμένου να προβληθεί το σύνολο των περιεχομένων τους (συχνά κρύβονται πίσω από φωτογραφίες, όταν υφίσταται η προεπιλεγμένη κανονική διαδοχή των διαφανειών).

2 Μπάζου Ολυμπία | 11132012000 71 Μπαλάσκα Σοφία | 11132012000 72 Χατζηιωσηφίδου Ειρήνη – Σπυριδούλα | 1113201200 128 Ε.Κ.Π.Α. – Τμήμα Βιολογίας Π Α Ι Δ Α Γ Ω Γ Ι Κ Α Ακ. Έτος: 2015 - 2016

3

4

5 Jack Steele, 1960- Βιονική (bionics): Η επιστήμη των συστημάτων, των οποίων η λειτουργία έχει αντιγραφεί από τη φύση ή παρουσιάζει χαρακτηριστικά φυσικών συστημάτων Otto Schmitt, 1974- Bιομιμητισμός (biomimetics): Η μελέτη του σχηματισμού, της δομής ή της λειτουργίας βιολογικά παραγόμενων ουσιών/ υλικών & βιολογικών μηχανισμών/ διαδικασιών, με σκοπό το σχεδιασμό παρόμοιων προϊόντων με τρόπο, που θα μιμείται το φυσικό Janine M. Benyus, 1982- Βιομίμηση (biomimicry) Ο φυσικός κόσμος ως μ οντέλο, μ έτρο & μ έντορας Ο φυσικός κόσμος ως μ οντέλο, μ έτρο & μ έντορας βίος & μίμος: μίμηση της ζωής, της φύσης

6 Ταυτοποίηση προβλήματος- Ορισμός του επιθυμητού πλαισίου επίλυσης του προβλήματος Εύρεση ζωντανού οργανισμού- μοντέλου Εξέταση προσαρμογών (μακρο-, μικρο-, νανο- κλίμακας) του μοντέλου- με ποια στρατηγική η φύση επιλύει το πρόβλημα; Μίμηση στρατηγικής- Προσομοίωση στο αντίστοιχο επίπεδο Αξιολόγηση της καταλληλότητας & αποτελεσματικότητας της στρατηγικής στην επίλυση του προβλήματος Βιομιμητισμός ή Βιομίμηση: Η εξέταση ζωντανών οργανισμών, βιολογικών συστημάτων/ μηχανισμών & η μίμησή τους, με σκοπό την επίλυση τεχνολογικών προβλημάτων.

7 Janine M. Benyus Biomimicry: Innovation inspired by Nature Η φύση διέπεται από ορισμένους «χρυσούς» κανόνες: Λειτουργεί υπό την ηλιακή ενέργεια Χρησιμοποιεί μόνο την απαραίτητη ποσότητα ενέργειας Συνδέει στενά τη δομή με τη λειτουργία Ανακυκλώνει ό,τι μπορεί να ανακυκλωθεί «Επιβραβεύει» τη συνεργασία Βασίζεται στην ποικιλότητα Απαιτεί την τοπική τεχνογνωσία Περιορίζει τις υπερβολές

8

9 Η θεωρία της Φυσικής Επιλογής του Δαρβίνου για την εξέλιξη των ειδών Κατάλληλες προσαρμογές για επιβίωση & αναπαραγωγή, σε δεδομένο φυσικό περιβάλλον, μια δεδομένη χρονική στιγμή Κοινά θεμελιώδη μόρια & παρόμοιες αρχές/ μηχανισμοί λειτουργίας Γιατί ο άνθρωπος στράφηκε στη φύση για λύσεις σε τεχνολογικά ζητήματα;

10 Παραδείγματα ιδιοτήτων ζωντανών οργανισμών που κέρδισαν το ενδιαφέρον: Υδροφοβικότητα & αυτοκαθαρισμός Διαρθρωτικός χρωματισμός Αντιστρεπτή προσκόλληση Θερμική μόνωση Αυτοσυγκρότηση βιολογικών μακρομορίων & ιών Αεροδυναμική πτήση πτηνών Διατήρηση & μετατροπή ενέργειας Βιώσιμες λύσεις σε θέματα: Τεχνολογίας Βιομηχανίας Γεωργίας Ιατρικής (διάγνωση, θεραπεία, αναγέννηση) Ενέργειας Προστασίας περιβάλλοντος Εξοικονόμησης νερού Αρχιτεκτονικής & διακόσμησης Αστικού σχεδιασμού Σχεδιασμού μεταφορικών μέσων

11

12 o Το ορνιθόπτερο (Leonardo da Vinci, 1485) Δεν υπάρχουν αποδείξεις για το εάν τελικά κατάφερε να κατασκευάσει τη συγκεκριμένη συσκευή … Ο 1 ος Ευρωπαίος που ασχολήθηκε πρακτικά με την πτήση! Χειροκίνητη μανιβέλα (πιλότος) → Χτύπημα φτερών Άνοιγμα φτερών = 33 ft Πηγή Έμπνευσης: πουλιά, νυχτερίδες & αετοί Μυτερές άκρες φτερούγων Ελαφριά και ανθεκτική μεμβράνη από ακατέργαστο μετάξι Πρόβλημα: Η απογείωση από το έδαφος!

13 o Velcro (George de Mestral, 1940) Σύστημα αγκίστρου-θηλιάς! Σπόροι Arctium (κολλιτσίδα) Αγκίστρωση στα περαστικά ζώα → Επικονίαση Τεχνολογία Velcro Tεχνητή σύνδεση αντικειμένων μεταξύ τους Από έναν περίπατο με το σκύλο …

14 o Φακοί Επαφής Καθορισμένο σχήμα Σύνδεση μέσω δικτύου καναλιών γεμάτο υγρό Το υγρό αυτό περιέχει χρωστικές απορρόφησης φωτός, με αποτέλεσμα το ζώο να μπορεί να ελέγξει την αντίθεση των φακών ρυθμίζοντας αυτό το ρευστό.

15 o Μεμβράνες Κινητών Τηλεφώνων o Τεχνολογία Fiberglass (Χρήση από τον 20ο αιώνα) Πολύπλοκες μικροδομές στα μάτια σκώρου Συγκέντρωση max φωτός / OXI αντανάκλαση Πλαστική μεμβράνη Μείωση ανακλάσεων / Βελτίωση αναγνωσιμότητας / Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μπαταρίας Αντίστοιχη δομή με το δέρμα του κροκόδειλου. Δέρμα κροκόδειλου → Αδιαπέραστο από βέλη, μαχαίρια, σφαίρες Μυστικό: Πρωτεϊνικές ίνες κολλαγόνου ενισχύουν τις ιστικές δυνατότητες. Fiberglass (υλικό φτιαγμένο με υαλονήματα)

16 o Ιδέες από το δέρμα του καρχαρία 1.Επίστρωση για καρίνες πλοίων / υποβρυχίων Πρόληψη από φύκη και πεταλίδες (Πανεπιστήμιο της Φλόριντα) 2.Μαγιό για αθλητές κολύμβησης Σφιχτές στολές / Μείωση αντίστασης νερού Έκθεση κάθετων ριγών ρητίνης: Τα μικροσκοπικά "δόντια" (εγκοπές) στα λέπια ενός καρχαρία παράγουν κάθετα δίνες ή σπείρες του νερού, διατηρώντας το νερό κοντά στο σώμα. Μείωση έλξης κατά 8% σε σχέση με τα απλά μαγιό!

17 o Προστατευτικές και Γυαλιστικές ουσίες Προστασία από: βρωμιά / έντονο φως (UV) / φθορές + Ξύλινες επιφάνειες: Προστασία από το νερό που εισέρχεται και σαπίζει τη μαλακή ξυλεία. Φύση Τα ζώα και τα φυτά παράγουν στα κύτταρά τους ποικιλία ουσιών για προστασία των εξωτερικών επιφανειών τους από αντίστοιχες καταπονήσεις. Σκληρά κελύφη εντόμων (εξωσκελετοί ενισχυμένοι με σκληροτίνη) → Προστασία από νερό / εξωτερικές βλάβες Προστατευτικό κάλυμμα χιτίνης → Διατήρηση χρώματος / φωτεινότητας

18 o Χρώμα εμπνευσμένο από το Λωτό (lotus-effect) 1.Εδαφικό σωματίδιο σκόνης προσγειώνεται στο φυτό 2.Κυματισμός φύλλου 3.Το σωματίδιο κατευθύνεται σε ένα συγκεκριμένο σημείο 4.Οι σταγόνες της βροχής αποστέλλονται στην ίδια θέση 5.Απομάκρυνση Βρωμιάς 1 Τα φύλλα που απαιτούν το λιγότερο καθαρισμό είναι αυτά με τις πιο τραχείες επιφάνειες! Μικροσκοπικές ακμές σαν καρφιά: Ο κόκκος σκόνης ταλαντεύεται στα σημεία αυτά Το σταγονίδιο νερού κυλά σε αυτές τις μικροσκοπικές μονάδες και τον μεταφέρει μακριά Νέο χρώμα: Παραμένει καθαρό για 5 χρόνια (όχι απορρυπαντικά ή αμμοβολή)

19 o Σόναρ και υποβρύχια ραντάρ SONAR Προσδιορισμός στόχων και κατευθύνσεων πλοίων και υποβρυχίων. Παραγωγή έως και 1.200 κλικ/sec Μετακίνηση κεφαλιού → Μετάδοση κυμάτων προς την κατεύθυνση που επιθυμεί Τα ηχητικά κύματα χτυπούν ένα αντικείμενο → αντανακλώνται → επιστρέφουν στο δελφίνι Τεράστια ταχύτητα ερμηνείας δεδομένων → ευαίσθητες και ακριβείς πληροφορίες Καθορισμός: κατεύθυνσης κίνησης, ταχύτητας και μεγέθους αντικειμένου το οποίο αντανακλά την ηχώ

20 o Αιωρούμενες γέφυρες Τένοντες (→ ίνες με βάση το κολλαγόνο) : σταθερή & εύκαμπτη δομή Ο τένοντας στο αντιβράχιο είναι μια μπλεγμένη δέσμη καλωδίων! Κάθε μεμονωμένο καλώδιο είναι το ίδιο μια δέσμη λεπτότερων καλωδίων, κάθε ένα από τα οποία είναι με τη σειρά τους μια στριμμένη δέσμη μορίων, τα οποία είναι φυσικά στριμμένες, ελικοειδείς δεσμίδες ατόμων. Η τεχνολογία του καλωδίου χάλυβα είναι εμπνευσμένη από τη δομή των τενόντων! o Crystal Palace (Λονδίνο, 1851) 9 Πηγή Έμπνευσης: Amazonica Victoria !! Joseph Paxton (σχεδιαστής τοπίων) 35m ύψος 7.500m2 έκταση >200.000 υαλοπίνακες μεγέθους 30 x 120 cm Πολύ ελαφρύ & πολύ ισχυρό

21 o Crystal Palace (Λονδίνο, 1851) Amazonica Victoria Κάτω πλευρά φύλλων: - Ινώδεις επεκτάσεις όπως αυτές των πλευρών. - Ακτινικές νευρώσεις (γίνονται πιο ανθεκτικές με τη βοήθεια λεπτών διακλαδώσεων) Εύθραυστη εμφάνιση ΑΛΛΑ φύλλα ισχυρά ώστε να σταθεί επάνω τους ο άνθρωπος! Γυάλινο τζάμι = Φύλλο Υποστηρικτικός σκελετός = Σίδερο

22

23 o Ένδυση Penn State University: Έξυπνο ύφασμα, εμπνευσμένο από τον τρόπο με τον οποίο τα κουκουνάρια ανοίγουν και κλείνουν τα λέπια τους ανάλογα με την υγρασία!  Ρούχα που προσαρμόζονται στις μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες του σώματος  Χρήστης πάντα δροσερός Χαμαιλέοντες : Ικανότητα αλλαγής χρώματος & πλήρους καμουφλάζ (σε ένα ενιαίο χρώμα ή σε μίγμα αποχρώσεων) Επιδερμικά κύτταρα (χρωματοφόρα) → βασικές κίτρινες & κόκκινες χρωστικές 1 στρώμα που αντανακλά μπλε & λευκό φως μελανοφόρα με τη μαύρη έως σκούρα καφέ μελανίνη Ινστιτούτο Τεχνολογίας Μασαχουσέτης: Σε εξέλιξη έρευνα για δημιουργία ρούχων, τσαντών & παπουτσιών που θα αλλάζουν χρώμα … Πρόσφατα ανεπτυγμένες ίνες → Πλήρης αντανάκλαση προσπίπτοντος φωτός Μικρή μπαταρία → Αλλαγή χρώματος & μοτίβου σε δευτερόλεπτα (διακόπτης) Προς το παρόν εξαιρετικά ακριβό εγχείρημα!

24 o Gecko-tape Van der Waals ~ 0,4 μN → 10 Ν / πόδι Gecko !!! Τριχοειδείς δυνάμεις  Συνθετικό υλικό που μιμείται δομικά τα πόδια των Gecko (συστοιχίες πολυαμιδικών τριχιδίων)  Πολύπλοκη διαδικασία κατασκευής (πολλές από τις πλέον εξελιγμένες μεθόδους νανοτεχνολογίας)  Κάθε τρίχα: περίπου την ίδια συγκολλητική δύναμη με ένα τριχίδιο από το πόδι της σαύρας Κακή αντοχή & Υψηλό κόστος κατασκευής - Διαστημικοί περίπατοι - Γάντια αναρρίχησης - Αυτοκόλλητοι επίδεσμοι - Αντικατάσταση χημικών κολλών

25 o Μετάξι ανθεκτικότερο από ατσάλι Πάχος = ένα χιλιοστό του χιλιοστού x5 ισχυρότερο από ατσάλι ίδιου πάχους! Τ έντωμα = x4 στο μήκος του Ελαφρύ: νήμα ικανό να τεντωθεί γύρω από τον πλανήτη = 320g Αντοχή: x10 Ε για να κοπεί/σπάσει vs άλλες ίνες Κερατίνη Ελικοειδείς αλυσίδες aa εγκάρσια συνδεδεμένων μεταξύ τους ↓ προστατευτικές ιδιότητες Αμινοξέα που δεσμεύονται με χαλαρούς δεσμούς υδρογόνου ↓ ελαστικότητα Δεν μπορεί να συλλεχθεί, ούτε να παραχθεί τεχνητά.  Ζώνες ασφαλείας με την απαιτούμενη ελαστικότητα  Ισχυρά χειρουργικά ράμματα που δεν αφήνουν ουλές  Αλεξίσφαιρα υφάσματα

26 o Αναγέννηση οστίτη ιστού Εμβολισμός επισκευαζόμενου οστού με οστική μάζα από άλλη πηγή Κοράλλια & σπόγγοι ως ικριώματα ή πλαίσια για την αναγέννηση οστού Εύκολη ενσωμάτωση στις οστικές δομές Δομική & Συνθετική ομοιότητα με τα οστά (πορώδης υφή & CaCO₃) + Στρωματικά κύτταρα μυελού (MSC) ή βλαστικά κύτταρα α) Ο ιστός επεκτείνεται από το υπάρχον οστό πάνω στο ικρίωμα β) Τα βλαστικά μετατρέπονται σε κύτταρα οστού στο ικρίωμα Το ικρίωμα ενσωματώνεται στη δομή των οστών και γίνεται μέρος αυτών!

27 Μήπως τελικά τα «σοφά» ανθρωπογενή επιτεύγματα χάνουν λίγη από την αίγλη τους;

28 Ε υ χ α ρ ι σ τ ο ύ μ ε ! ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Julian F. V. Vincent, Olga A. Bogatyreva, Nikolaj R. Bogatyrev, Adrian Bowyer and Anja-Karina Pahl, Biomimetics: its practice and theory, J. R. Soc. Interface (2006) 3, pp 471–482 B. Bhushan, Biomimetics, Phil. Trans. R. Soc. A (2009) 367, pp 1443–1444 Harun Yahya, Biomimetics: Technology Imitates Nature, 2006 Μπάρμπα Αικατερίνη, Βιομιμητική και δυνητικές εφαρμογές σε χώρους υγείας, Διπλωματική εργασία, 2013, Ε.Μ.Π., Αθήνα http://challenge.biomimicry.org/en/page/biomimicry-resources-en, Biomimicry Global Design Challenge http://www.flyingmachines.org/davi.html http://www.da-vinci-inventions.com/flying-machine.aspx http://www.economist.com/node/4031083 Hideki Takagi, Ross Sanders, "Hydrodynamics makes a splash," Physics World, September 2000. Harun Yahya, "Design in Nature", Ta Ha Publishers, January 2002. Jim Robbins, “Engineers Ask Nature for Design Advice,” New York Times, December 11, 2001. Smithsonian National Zoological Park: http://www.fonz.org/zoogoer/zg1999/28(4)biomimetics.htm Benyus, Biomimicry, pp. 99-100. Phil Gates, Wild Technology, p. 52. Betty Mamane, “Le surdouι du garnd blue,” Science et vie Junior, August 1998, pp. 79-84. International Wildlife, September-October 1992, p. 34. Ann Marie Cunningham, "Clothes That Change Color," ScienCentral.Inc., www.sciencentral.com. http://web.stanford.edu/group/mota/education/Physics%2087N%20Final %20Projects/Group%20Gamma/gecko.htm J. M. Gosline, M. E. DeMont & M. W. Denny, "The Structure and Properties of Spider Silk," Endeavour, Volume 10, Issue 1, 1986, p. 42. "Spider (arthropod)," Encarta Online Encyclopedia 2005 “ Learning From Designs in Nature”, Life A product of Design; http://www.watchtower.org/library/g/2000/1/22/article_02.htm J. M. Gosline, M. W. Denny & M. E. DeMont, “Spider silk as rubber,” Nature, vol. 309, no. 5968, pp. 551-552; http://web.stanford.edu/group/mota/education/Physics%2087N%20Final %20Projects/Group%20Gamma/bone.htm