Biomimetyka w motoryzacji. Natura ulepsza motocykle
Czy kości prehistorycznych zwierząt kryją tajemnice, które mogą oznaczać olbrzymi postęp w motoryzacji i technologii motocykli w szczególności?
W zasadzie to nie byłby pierwszy raz, kiedy czerpiemy pomysły z obserwacji natury, a potem wdrażamy "nową" technologię.
Reklama
Po co nam paleobiomimetyka?
Odkąd człowiek zaczął konstruować maszyny, inżynierowie często czerpali inspirację z natury. Obecnie naukowcy wskazują na możliwość przełomu w tzw. paleobiomimetyce - dziedzinie wykorzystującej struktury dawno wymarłych organizmów do opracowywania nowoczesnych technologii. Najnowsze badania sugerują, że mikrostruktury występujące w kościach największych latających gadów mogą pomóc w tworzeniu lżejszych i bardziej wytrzymałych materiałów. W przemyśle motoryzacyjnym, zwłaszcza przy projektowaniu motocykli sportowych, innowacje inspirowane naturą mogą mieć ogromne znaczenie.
Nie jest niczym nowym, że inżynierowie konstruujący pojazdy wzorują się na zwierzętach. Jednak odkrycia opublikowane w czasopiśmie Scientific Reports wskazują na niespotykane wcześniej szczegóły dotyczące kości pterozaurów, które mogą znaleźć zastosowanie w budowie ultralekkich motocykli. Przykładem takich maszyn są modele, takie jak KTM RC 8C, Ducati Superleggera V4 czy Kawasaki H2R - motocykle o niezwykle niskiej masie i wysokiej wydajności. Wprowadzenie nowych materiałów inspirowanych mikrostrukturą kości prehistorycznych zwierząt mogłoby jeszcze bardziej obniżyć ich wagę i poprawić właściwości aerodynamiczne.
To nie jest science-fiction!
Niektóre pterozaury osiągały gigantyczne rozmiary. Quetzalcoatlus, jeden z największych przedstawicieli tej grupy, miał rozpiętość skrzydeł przekraczającą 10 metrów, co czyniło go porównywalnym do współczesnych lekkich samolotów. Naukowcy przez długi czas zastanawiali się, w jaki sposób te ogromne stworzenia były w stanie wzbić się w powietrze. Kluczem do ich sukcesu była specyficzna budowa szkieletu. Zaawansowane obrazowanie rentgenowskie ujawniło niezwykle skomplikowaną sieć mikrokanałów w ich kościach, które wcześniej pozostawały niewidoczne.
Główny autor badań, Nathan Pili z Uniwersytetu w Manchesterze, wyjaśnia, że te mikroskopijne, wzajemnie przenikające się struktury mogłyby zostać wykorzystane do tworzenia lżejszych komponentów w lotnictwie, motoryzacji, a zatem i branży motocykli. Redukcja masy pojazdów sportowych pozwoliłaby nie tylko na poprawę ich osiągów, ale także na zmniejszenie zużycia paliwa i zwiększenie bezpieczeństwa. Podobnie jak kości pterozaurów były niezwykle lekkie, ale jednocześnie odporne na pęknięcia, nowoczesne materiały mogłyby łączyć te cechy, pozwalając na projektowanie bardziej wytrzymałych, ale lżejszych konstrukcji.
Mikrokanały w kościach
Pterozaury, choć często mylone z dinozaurami, należały do odrębnej grupy zwierząt. Były pierwszymi kręgowcami, które opanowały sztukę latania. Ich skrzydła były zbudowane z cienkiej błony rozpiętej pomiędzy ciałem a wydłużonym palcem dłoni. Badacze odkryli, że mikrokanały w ich kościach nie tylko transportowały składniki odżywcze, ale także zapobiegały mikropęknięciom poprzez skuteczne rozpraszanie naprężeń. To właśnie ta właściwość mogłaby zostać zaadaptowana do budowy ultralekkich ram motocyklowych, które byłyby jednocześnie wytrzymałe i odporne na uszkodzenia.
Wspomniany badacz z Uniwersytetu w Manchesterze podkreśla, że większość gatunków, które kiedykolwiek istniały, wyginęła - często nie z powodu niedoskonałości ewolucyjnych, ale w wyniku gwałtownych zmian środowiskowych. Analizowanie ich struktur może dostarczyć inżynierom cennych wskazówek na temat optymalnych rozwiązań konstrukcyjnych. Jak zauważa profesor Phil Manning, istnieją miliardy lat ewolucyjnego "projektowania", którego efekty widać w naturze. Tak samo jak inżynierowie dopracowują swoje wynalazki poprzez iteracyjne testy i modyfikacje, tak naturalna selekcja kształtowała organizmy w najbardziej efektywny sposób. Wiele unikalnych rozwiązań mogło zostać utraconych w toku dziejów, ale badania nad skamieniałościami mogą je na nowo odkryć i wykorzystać w nowoczesnej technologii.
Nie tylko skamieliny
Warto sobie uświadomić, że biomimetyka, czyli nauka o naśladowaniu naturalnych wzorców przyrody, już teraz odgrywa w motoryzacji olbrzymią rolę. Dzięki niej konstruktorzy mogą tworzyć pojazdy, które nie tylko osiągają lepsze wyniki i są trwalsze oraz bezpieczniejsze, ale również bardziej ekologiczne i energooszczędne. Jednym z najbardziej oczywistych obszarów użycia osiągnięć biomimetyki jest aerodynamika.
Wiele nowoczesnych motocykli sportowych, takich jak Ducati Panigale V4 czy Kawasaki H2R, wykorzystuje rozwiązania inspirowane ptakami drapieżnymi i rybami. Kształt owiewek i spojlerów tych maszyn jest wzorowany na budowie skrzydeł sokoła lub rekina, co zmniejsza opór powietrza i poprawia stabilność przy dużych prędkościach. Innym rozwiązaniem zaczerpniętym ze świata natury jest technologia Shark Skin, stosowana w niektórych sportowych motocyklach. Chodzi o powierzchnię imitującą skórę rekina, co redukuje turbulencje powietrza i poprawia przyczepność.
Ramy jak szkielety
Kolejną inspiracją płynącą z natury jest budowa lekkich, ale niezwykle wytrzymałych ram motocyklowych. Juz teraz wykorzystujemy technologie i struktury wzorowane na szkielecie ptaków oraz owadów. Przykładem są konstrukcje plastra miodu, które można znaleźć w ramach motocykli wyścigowych i sportowych. Ich zastosowanie pozwala na znaczne obniżenie masy pojazdu przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej odporności na naprężenia. Ducati Superleggera V4, jeden z najlżejszych motocykli sportowych na świecie, zawdzięcza swoją konstrukcję właśnie takim rozwiązaniom.
Również zawieszenie w niektórych motocyklach czerpie wzorce z natury. Systemy adaptacyjne inspirowane mechanizmem działania kończyn zwierząt pomagają w poprawie komfortu jazdy i stabilności pojazdu na różnych nawierzchniach. Inżynierowie analizują sposób poruszania się gepardów czy kangurowatych ssaków, aby opracować rozwiązania amortyzacyjne, które efektywnie pochłaniają wstrząsy i dostosowują się do terenu.
Wytrzymałość i lekkość
Rozpoczęliśmy od kości pterozaurów, ale naukowcy badają też struktury muszli mięczaków i pajęczyn, które cechują się wyjątkową wytrzymałością przy jednoczesnej lekkości. Nanotechnologie wzorowane na tych strukturach mogą w przyszłości pozwolić na stworzenie ram i komponentów motocykli o jeszcze większej trwałości przy minimalnej wadze. To nie wszystko, bo biomimetyka znajduje również zastosowanie w projektowaniu systemów chłodzenia silników. Niektóre nowoczesne motocykle wykorzystują mechanizmy inspirowane sposobem, w jaki zwierzęta regulują swoją temperaturę ciała. Przykładem może być system wentylacji bazujący na sposobie odprowadzania ciepła przez skórę słonia lub strukturę termoregulacyjną termitier.
Miliony lat wstecz
Mówimy cały czas o zwierzętach, ale warto pamiętać o nieprzebranym bogactwie świata roślin. Do czego mógłby się nam przydać? Trudno powiedzieć, że warto przypomnieć, że w 1941 roku szwajcarski inżynier George de Mestral próbował po spacerze z psem ściągnąć z niego wczepione w futro rzepy. Mestrala zaciekawiło, w jaki sposób te niewielkie koszyczki kwiatowe łopianu przyczepiają się do sierści zwierząt i odkrył, że są to haczykowate łuski okrywy koszyczka. Kilka lat później opatentował swój wynalazek, a my używamy dziś tego rozwiązania i znamy je pod postacią rzepów (Velcto). Wyobrażacie dziś sobie odzież motocyklową bez rzepów?
Być może za kilka lat będzie dla nas równie oczywiste, że ramy naszych motocykli są skonstruowane w oparciu o struktury zaczerpnięte wprost od pterozaurów, które żyły miliony lat temu. Przyznacie, że to działa na wyobraźnię.
Komentarze
Pokaż wszystkie komentarze