مقدمة لمحاكاة الطبيعة

البشر أذكياء ، ولكن دون قصد ، خلقنا مشاكل استدامة هائلة للأجيال القادمة. ولحسن الحظ ، فإن الحلول لهذه التحديات العالمية تحيط بنا من كل جانب. التقليد الحيوي هو نهج للابتكار يسعى إلى إيجاد حلول مستدامة للتحديات البشرية من خلال محاكاة أنماط واستراتيجيات الطبيعة التي تم اختبارها عبر الأزمنة. الهدف هو إنشاء منتجات وعمليات وسياسات – طرق جديدة للحياة – تتكيف بشكل جيد مع الحياة على الأرض على المدى الطويل.

الفكرة الأساسية هي أن الطبيعة قد حلت بالفعل العديد من المشاكل التي نواجهها. الحيوانات والنباتات والميكروبات هي بمثابة مهندسين بارعين. بعد مليارات السنين من البحث والتطوير ، والفشل المتمثل في الحفريات ، وما يحيط بنا هو سر البقاء على قيد الحياة.

الطاقة: التعلم من الحيتان الحدباء كيفية إنشاء طاقة الرياح الفعالة

مثل حافلة مدرسية تحت الماء ،يبلغ الحوت الأحدب 40 إلى 50 قدم ويزن ما يقرب من 40 طن  .يسبح في دوائر ضيقة بما يكفي لإنتاج شباك من الفقاعات على بعد 5 أقدام فقط بينما يمسك ويصطاد فريسته. وتبين أن البراعة المفاجئة للحيتان ترجع أساسًا إلى زعانفها ، التي تحتوي على نتوءات كبيرة غير منتظمة الشكل تسمى الدرنات عبر حوافها الرائدة.

أثبتت اختبارات النفق الهوائي لزعانف نموذج الأحدب مع وبدون الدرنات التحسينات التي حققتها الدرنات الهوائية ، مثل تحسن بنسبة 8٪ في الرفع وانخفاض بنسبة 32٪ في السحب ، فضلاً عن السماح بزيادة 40٪ في زاوية الهجوم فوق الزعانف الناعمة قبل التوقف. تقوم شركة تدعى WhalePower  بتطبيق الدروس المستفادة من الحيتان الحدباء على تصميم توربينات الرياح لزيادة كفاءتها ، في حين أن هذه التقنية الطبيعية لديها إمكانات هائلة لتحسين سلامة وأداء الطائرات والمراوح وأكثر من ذلك.

الهندسة المعمارية:  التعلم من النمل الأبيض كيفية إنشاء المباني المستدامة

نفكر عمومًا في النمل الأبيض على أنه مدمر للمباني ، وليس مساعدًا في تصميمها. لكن مبنى Eastgate وهو مجمع مكاتب في هراري زيمبابوي ، لديه نظام داخلي للتحكم في المناخ مستوحى من هيكل تلال النمل الأبيض. مزيد من البحوث تكشف المزيد عن العلاقة بين هيكل التلال ودرجة الحرارة الداخلية ، ويمكن أن تؤثر على تصاميم بناء إضافية مع نمو فهمنا.

مثل تشغيل المباني نسبة 40٪ من كل الطاقة التي تستخدمها البشرية ، لذا فإن تعلم كيفية تصميمها لتكون أكثر استدامة أمر حيوي. تعاون المهندس المعماري ميك بيرس مع المهندسين في شركة Arup Associates لتصميم إيستجيت ، الذي يستخدم طاقة أقل بنسبة 90٪ للتهوية مقارنة بالمباني التقليدية بحجمها ، وقد قام بالفعل بحفظ مالكي المباني أكثر من 3.5 مليون دولار في تكاليف تكييف الهواء

وسائل النقل: التعلم من الطيور كيفية اختراق الحدود

كان قطار Shinkansen Bullet Train أسرع قطار في العالم ، حيث كان يسافر بسرعة 200 ميل في الساعة. المشكلة؟ الضوضاء.حيث أنتجت تغيرات الضغط الجوي انفجارت رعدية كبيرة في كل مرة يخرج القطار من نفق ، مما تسبب في شكوى السكان على بعد ربع ميل.

سأل إجي ناكاتسو ، كبير مهندسي قطار شينكانسن ومراقب الطيور الطموح ، نفسه: “هل هناك شيء في الطبيعة ينتقل بسرعة وسلاسة بين وسطين مختلفين للغاية؟” مكن تصميم الواجهة الأمامية للقطار على شكل منقار طيور kingfishers التي تنطلق من الهواء إلى الماء مع القليل جداً من الرذاذ لصيد الأسماك ، ليس فقط في قطار أكثر هدوءًا ، ولكن استخدام الكهرباء أقل بنسبة 15٪ حتى في الوقت الذي ينتقل فيه القطار بنسبة 10٪ أسرع.

الزراعة: التعلم من المروج كيفية زراعة الطعام بطرق مرنة

ألق نظرة على أي نظام بيئي طبيعي ، مثل المروج ، وسوف ترى نظامًا رائعًا لإنتاج الغذاء: منتجًا ومرنًا وثريًا ذاتيًا ومستدامًا في نهاية المطاف.

إن الممارسات الزراعية الحديثة للبشرية هي أيضا منتجة بشكل هائل ، ولكن فقط على المدى القصير: الري ، والأسمدة ، ومدخلات مبيدات الآفات التي تعتمد عليها المحاصيل الغذائية الحديثة على حد سواء ، والتي تتسبب في تلويث موارد المياه والتربة.

يعمل معهد The Land Institute بنجاح على إحداث ثورة في أسس الزراعة الحديثة من خلال استخدام المروج الطبيعية كنموذج: فقد أظهروا استخدام نباتات عميقة الجذور تبقى من عام إلى عام (المعمرة) في النظم الزراعية التي تحاكي الاستقرار الطبيعي. يمكن للنظم الإيكولوجية – وليس المحاصيل الشحيحة الشائعة في العديد من النظم الزراعية الحديثة – أن تنتج غلافاً مكافئاً من الحبوب وتحافظ على المياه وموارد التربة التي تعتمد عليها الزراعة في المستقبل.

الطب: التعلم من البعوض لصنع “إبرة ألطف”

هل لاحظت من أي وقت مضى لدغة البعوض (أو اثنين أو ثلاثة) التي بدت على ما يبدو من العدم؟ وتبين أن طرف فم البعوضة يتألف من عدة أجزاء متحركة تعمل في الجلد مع الحد الأدنى من الجلبة والحد الأدنى من الألم.

شهد الباحثون والمهندسون في جامعة كانساي في اليابان إمكانات مذهلة في بنية فم البعوضة. واستخدموا تقنيات هندسية متطورة يمكنها أن تقسم الهياكل على مقياس النانومتر. وكانت نتيجة هذا المزيج من علم المواد وعلم الأحياء إبرة تخترق مثل البعوض ، وذلك باستخدام الضغط لتحقيق الاستقرار والانزلاق دون ألم في الجلد. أثبتت الاختبارات أنها تعمل بشكل لا تشوبه شائبة.

الاتصالات: التعلم من الدلافين كيفية إرسال إشارات تحت الماء

قد تصل موجات تسونامي التي يبلغ ارتفاعها عشرات الأقدام عندما تصل إلى الشاطئ إلى عشرات السنتيمترات فقط عندما تسافر عبر أعماق المحيط. من أجل الكشف عنها بدقة وتحذير الناس قبل وصولهم إلى الأرض ، يجب أن تقع أجهزة استشعار الضغط الحساسة تحت موجات عابرة في مياه عميقة تصل إلى 6000 متر.

يجب أن تنتقل البيانات بعد ذلك إلى عوامة على سطح المحيط ، حيث يتم نقلها إلى القمر الصناعي لتوزيعها على مركز إنذار مبكر. ومع ذلك ، فقد ثبت أن نقل البيانات عبر أميال من المياه أمر صعب ، على الرغم من أن الموجات الصوتية فريدة من نوعها. السفر لمسافات طويلة عبر الماء ، يتردد صداه ويتداعى بشكل تدميري مع بعضهم البعض أثناء سفرهم ، مما يهدد دقة المعلومات.

وتستطيع الدلافين التعرف على مكالمات أشخاص محددين (“signature whistle”) حتى مسافة 25 كيلومترًا ، مما يدل على قدرتهم على التواصل ومعالجة المعلومات الصوتية بدقة على الرغم من وسط المياه الصعبة. من خلال توظيف عدة ترددات في كل إرسال ، وجدت الدلافين طريقة للتعامل مع سلوك الانتثار الصوتي لترددها العالي ، الإرسال السريع ، ولا يزال الحصول على رسالتهم مسموعة بشكل موثوق. قامت شركة EvoLogics  التي تعد محاكاة فريدة للصوتيات المتطورة والمحددة التردد ، بتطوير مودم تحت الماء عالي الأداء لنقل البيانات ، والذي يعمل حاليًا في نظام الإنذار المبكر بأمواج تسونامي في جميع أنحاء المحيط الهندي.

هاته فقط بعض الامثلة لما يمكن ان نستفيده من محاكاة الطبيعة. و سنحاول تقديم سلسة مقالات للتعريف بهذا النهج الفكري الواعد.

About Youssef Benghazouani

خريج المعهد العالي للتجارة وإدارة المقاولات بالمغرب. حاصل على البكالوريا في الاقتصاد وعلى ماجستير في إدارة الأعمال (MBA) من كندا. هو ايضا متخصص في إدارة المشاريع معتمد من قبل معهد إدارة المشاريع (PMI) في الولايات المتحدة الأمريكية.
Tagged , , , , , , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Share your Thoughts