כאשר טיול בגן החיות הביא לפריצת דרך הנדסית

רוב האנשים לא חושבים על דינמיקת נוזלים בכל הקשור ללידה. אבל מייגן לפידוויץ 'כן.

תוכן קשור

• ממציא העשרה אלכסיס לואיס חושב שלילדים יש את הפתרונות לבעיות העולם

הפרופסור להנדסת מכונות וחלל באוניברסיטת ג'ורג 'וושינגטון בוושינגטון, בוחן זרמים בהשראה ביולוגית, כמו המנגנונים המאפשרים לשחות דגים או האינטראקציה בין נוזלים וכוחות אחרים כאשר התינוק עובר בתעלת הלידה.

לאחר שהתבונן בדפוסי השחייה של אריות ים במהלך טיול משפחתי בגן החיות הלאומי סמיתסוניאן, פיטוויץ 'החל לחשוב על שיטת אריות הים לשחות עם הכפכפים הקדמיים שלהם ולא על הכפכפים האחוריים שלהם. היונקים הם שחיינים יעילים ואינם כמעט מעירים . בשיתוף עם גן החיות הלאומי, צילם Leftwich את אריות הים, התחקה אחר מחיאות כף הרגליים החינניות שלהם ועיצב כנף רובוטי המשכפל את התנועה. היא מקווה שיהיה לה אב-טיפוס עובד בסוף הקיץ.

הסנוב הרובוטי עוקב אחר שורה ארוכה של המצאות בהשראת הטבע. המהנדס ג'ורג 'דה מסטרל בחן את ראשו הדוקרני של צמח בורד תחת מיקרוסקופ והטיל פטנט על סקוטש בשנת 1955. ולאחרונה, גוון כנפי הפרפר היווה השראה למסך לקוראים אלקטרוניים. האבולוציה כבר פתרה הרבה מהבעיות בהן אנו נתקלים, בדרך זו או אחרת, עבור דברים חיים אחרים.

בסופו של דבר, Leftwich צופה כלי רכב בלתי מאוישים עם סנפירים רובוטיים במקום מדחפים שיכולים לעשות דברים כמו לחקור שדות מוקשים מתחת למים מבלי ליצור הפרעות גדולות שמציבות פצצות חיות וכלי מחקר כל כך יעילים עד שהם יוכלו לנסוע מרחקים גדולים על סוללה אחת.

איך הטבע מעורר אותך?

אני כל כך מקבל השראה מעולם הטבע מכיוון שאנו חיים בו ואנחנו רואים אותו כל הזמן. ממש קל לי לראות עלים נושבים ברוח ואז לחשוב 'הא, אני תוהה כמה כוח יכול לעלות עלה לפני שהוא ייקרע?' את השאלות האלה אני יכול לחיות אותן במידה מסוימת, ולכן אני תמיד יכול לראות משהו חדש לחקור. אני מוקסם מהדרך בה התהליך הטבעי, שהאבולוציה מצאה כל כך הרבה פתרונות לבעיות כה רבות ושונות. אם אני יכול לראות דרך שהפתרון הזה, בין אם צורתו של פרח או דשא הצומח בכיוון מסוים מתקשרת עם הנוזלים סביבו, אז אני יכול לחקור בעיה.

מדוע אתה לומד אורגניזמים ששוחים?

הרבה דגים פשוט שוחים על ידי מתנפנף עם סנפיר הקאודלים שלהם, אבל הדולפינים והלווייתנים מתנופפים בהם למעלה ולמטה. דיונונים ומדוזות מכווצים את גופם ויורים מטוס סילון, ונחשי הים מזיזים את כל גופם למעלה ולמטה. אז אפילו רק רעיון אחד זה של מעבר במים, יש לנו כבר כל כך הרבה פתרונות. התעניינתי באמת מה הקשר הבסיסי בין כל הפתרונות האלה.

אריות ים מונעים את עצמם עם הכפכפים הקדמיים שלהם באופן שמייצר מעט מאוד התעוררות. (ג'ון בצ'ץ)

האם אתה יכול לתאר את התמרונים שאריות הים מבצעים?

אריות ים הם שחיינים נהדרים. הם מאוד זריזים והם מאוד שובבים, כך שהם יכולים לעשות דברים כמו פניות בנקאיות הדוקות באמת לאן שהם הולכים קדימה, ופתאום הם די יופיעו ויעשו 180 מעלות ברדיוס מאוד צפוף. אם הם ממשיכים קדימה ופתאום הם רוצים לראות משהו מאחוריהם, הם ימשכו את הראש למעלה ובעצם פשוט יעשו קפיצי גב וייסעו לכיוון השני. הם יעשו גלילי חבית ויסתובבו עם האף שלהם כציר. הם זריזים מאוד.

מכיוון שהם שוחים בכפכפים הקדמיים בניגוד לזנבותיהם, הם לא יוצרים את העקיפה האופיינית שאתה מצפה לראות מאחורי דג, דולפין או לוויתן. ואם נבין איך הם עושים זאת ונוכל לבנות את זה לכלי רכב בלתי מאויש, למשל, נוכל ליצור רכב שקשה הרבה יותר לזהות אותו במים, משהו שקט הידרודינמית.

איך היה לפגוש את אריות הים בגן החיות הלאומי?

לא שהרבה אנשים מקבלים את ההזדמנות ללטף אריה ים. חשבתי שהם יהיו רזים, אבל הם לא היו כאלה. זה היה כמו פושצ'ר רטוב של דוברמן.

לאחר שעבדתי עם אריות ים כמעט שנתיים, התחלתי לפגוש את אחד מהם ולגעת בו ולראות איך הפרווה של אריות הים באמת הייתה מאירה והוסיפה עומק הבנה לבעיה זו שאנחנו לומדים על מסך מחשב או דרך לפחות שישה סנטימטרים של זכוכית.

Leftwich חוקר סרט של אריות הים של גן החיות הלאומי. (ג'ון בצ'ץ)

אתה מחשיב את עצמך כמחדש?

אני לא תמיד פותר בעיה בהישג יד, אבל אני באמת מאמין שאני פותר את בעיות העתיד. אני חושב שבסיס הידע הזה עומד לתרגם פתרונות לבעיות שאנחנו אפילו לא יודעים שיש לנו, או שאנחנו יודעים שיש לנו ולא מעוניינים לפתור כרגע. אולי השיעור הגבוה של המשלוחים הכירורגיים בארצנו אינו בעיה גדולה, אך זו בעיה, ואם היה לנו פיתרון טוב יותר, האם זה לא היה נפלא? אני בהחלט חושב שהרבה ממה שאני עושה זה לחפש פיזיקה בסיסית שבה אנשים לא חושבים שהיא קיימת.