자연에서 영감을 얻은 다섯 가지 인간 기술

Sep 06, 2023

Nottingham Trent University 지능형 엔지니어링 시스템 교수

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자연은 수백만 년에 걸쳐 다양한 문제에 적응할 수 있는 솔루션을 발전시켜 왔습니다. 인류가 직면한 도전이 더욱 복잡해짐에 따라 우리는 점점 더 자연에서 영감을 얻는 것을 보고 있습니다.

생물학적 과정을 기술 및 디자인 문제에 적용하는 것을 생체 영감이라고 합니다. 이는 빠르게 성장하는 분야이며, 자연을 모방하는 우리의 능력은 더욱 정교해지고 있습니다. 다음은 자연이 인간의 혁신을 이끈 다섯 가지 놀라운 사례입니다. 어떤 경우에는 훨씬 더 흥미로운 혁신으로 이어질 수도 있습니다.

반향정위를 사용하면 박쥐는 완전한 어둠 속에서도 날 수 있습니다. 그들은 소리와 초음파를 방출한 다음 이러한 파동의 반사 시간과 크기를 모니터링하여 주변 환경의 3차원 공간 지도를 만듭니다.

많은 현대 자동차에서 후진할 때 장애물을 식별하는 센서는 배트 내비게이션에서 영감을 받았습니다. 장애물의 방향과 거리는 자동차의 경로에 있는 물체에 반사되는 초음파를 방출하여 계산됩니다.

시각이 제한된 사람들의 안전을 향상시키기 위해 감각 내비게이션 기술도 제안되었습니다. 인체에 설치된 초음파 센서는 사람 주변 환경에 대한 소리 기반 피드백을 제공합니다. 이렇게 하면 장애물의 위협을 제거하여 더 자유롭게 이동할 수 있습니다.

딱따구리는 나무의 딱딱한 표면을 두드려 먹이를 찾고, 둥지를 짓고, 짝을 유인합니다. 휴대용 유압 및 공압 망치와 같은 건설 도구는 딱따구리의 망치질과 거의 동일한 주파수(20~25Hz)를 사용하여 딱따구리의 진동 부리를 모방합니다.

그러나 이러한 전동 공구의 진동으로 인해 건설 작업자의 손이 손상될 수 있습니다. 어떤 경우에는 이로 인해 환자가 손과 팔에 영구적인 마비와 통증을 경험하는 상태인 진동 백지증이 발생할 수 있습니다.

현재 연구에서는 딱따구리가 반복적인 드릴링의 영향으로부터 뇌를 보호하는 방법을 연구하고 있습니다. 한 연구에 따르면 딱따구리는 다른 새들에게는 없는 몇 가지 충격 흡수 적응 능력을 가지고 있는 것으로 나타났습니다.

그들의 두개골은 단단하고 단단하도록 적응되었으며, 혀는 두개골 뒤쪽을 감싸고 눈 사이에 고정됩니다. 이는 망치질과 진동의 충격을 완화시켜 딱따구리의 뇌를 보호합니다.

이와 같은 연구는 해당 장비의 사용자를 보호하기 위한 충격 흡수 장치 및 진동 제어 장치의 설계를 안내하고 있습니다. 동일한 개념은 건물 설계를 위한 다층 충격 흡수 구조와 같은 혁신에도 영감을 주었습니다.

가리비는 부채 모양의 주름진 외부 껍질을 가진 연체동물입니다. 이러한 주름의 지그재그 모양은 쉘의 구조를 강화하여 수중 고압을 견딜 수 있게 해줍니다.

두 개의 외부 판지 층 사이에 골판지 재료를 접착하여 판지 상자의 강도를 높이는 데에도 동일한 공정이 사용됩니다. 주름진 표면을 도입하면 종이를 지그재그 모양으로 접으면 추가 하중을 견딜 수 있는 것과 마찬가지로 재료의 강도가 크게 향상됩니다.

가리비 껍데기의 돔형 구조 덕분에 상당한 하중을 견딜 수도 있습니다. 이 구조는 전체 돔 모양에 무게를 고르게 분산시켜 단일 지점에 가해지는 하중을 줄여주므로 자립형입니다. 이는 강철 빔을 보강할 필요 없이 구조의 안정성을 향상시켰으며 런던의 세인트 폴 대성당을 비롯한 많은 건물의 디자인에 영감을 주었습니다.

상어에는 여러 가지 공기역학적 이점을 제공하는 두 개의 등지느러미가 있습니다. 날개 모양은 상어가 구르는 것을 안정시키는 한편, 날개 모양은 뒤에 낮은 난기류 영역을 만들어 상어의 전진 이동 효율성을 높입니다.