لقد مرّت الطبيعة بـ 3.8 مليار سنة من التطور لتحسين وتصميم العمليات والنظم التي تضمن البقاء، بدءًا من تصميم جناح الطائر وصولًا إلى طريقة تلقيح البذور. في المقابل، لم يكن البشر موجودين إلا لفترة قصيرة جدًا من عمر الأرض، ولكنهم دائمًا ما نظروا إلى الطبيعة كمصدر إلهام. من تطوير أول طائرة في عام 1903 إلى اختراع الفيلكرو في 1941، كانت الطبيعة تقدم لنا بمثابة خطة عمل يمكن للبشر البناء عليها.

الطبيعة: كفاءة ووعي بالموارد واستدامة

تتميز الطبيعة بالكفاءة والوعي بالموارد والقدرة على الاستدامة. وقد تم اختبار التصاميم والعمليات الطبيعية على مر ملايين السنين وتم إثبات فعاليتها في بيئات متنوعة.

على سبيل المثال، يستخدم النحل بنية الخلية السداسية لبناء خلاياه. وتتميز هذه البنية بقدرتها العالية على القوة والثبات، مما يجعلها الخيار المثالي للنحل. بالإضافة إلى ذلك، فإنها فعّالة جدًا في استخدام الحد الأدنى من المواد لبناء نمط الخلية.

اليوم، يتم استخدام هذه البنية في العديد من المجالات، من الطائرات والمركبات الفضائية إلى البناء والتعبئة. تشير فكرة "التقليد البيولوجي" إلى تعلم البشر من الطبيعة وتقليد تصاميمها وعملياتها لاستخدامها في ابتكاراتهم.

الطائرات: إلهام من الطيور

أشهر مثال على التقليد البيولوجي هو الطائرة. يُعتقد أن الطيران عند الحمام كان مصدر إلهام للطائرة التي طار بها الأخوان رايت في عام 1903. من شكل الطائر إلى كيفية عمل الأجنحة وطريقة انسياب الطائر في الهواء، تمثل هذه السمات مخططات للطائرات الحديثة.

تم تصميم أجنحة الطائرات لتقليد السطح المنحني لجناح الطائر، مما يؤدي إلى خلق فرق في الضغط فوق وتحت الجناح لتوليد الرفع. كما أن الدفات في الذيل تقلد ريش ذيل الطائر لتوفير التوازن والتحكم الاتجاهي.

الفيلكرو: إلهام من بذور الشوك

اخترع المهندس السويسري جورج دي ميسترال الفيلكرو في عام 1941 بعد أن لاحظ وجود بذور الشوك العالقة في ملابسه ومعطف كلبه أثناء نزهة في الغابة. عندما فحص هذه البذور تحت المجهر، اكتشف أنها تحتوي على أسنان صغيرة تسمح لها بالالتصاق بالملابس والفراء.

استلهم دي ميسترال من هذه البنية لصناعة الفيلكرو، الذي يتكون من جزئين: أحدهما يحتوي على خطاطيف صغيرة، والآخر يحتوي على حلقات صغيرة. وعندما يُدمج الجزآن، يلتصق الخطاف بالحلقات ليشكل ارتباطًا قويًا يمكن فكه بسهولة.

أكوام النمل الأبيض: تصميمات معمارية ملهمة

تعتبر أكوام النمل الأبيض من أعظم الإنجازات الهندسية التي صنعها النمل. هذه الأكوام، التي تتكون من التربة والأخشاب الممضوغة والطين واللعاب، تحتوي على هيكل مدخنة مركزي يشبه المداخن المتصلة بالأنفاق والغرف تحت الأرض. يساعد هذا الهيكل في الحفاظ على بيئة مثالية داخل الأكوام، حيث يرتفع الهواء الساخن من الهيكل المركزي، مما يسمح بدخول الهواء البارد من الفتحات السفلية.

استلهم المعماريون هذه البنية لتصميم المباني، مثل مركز إيستغيت في زيمبابوي الذي صممه ميك بيرس. يعتمد تصميم هذا المركز على الحفاظ على مناخ داخلي ثابت في بيئة حارة وتقليل استخدام الطاقة للتبريد.

الأسطح ذاتية التنظيف: إلهام من زهرة اللوتس

تُعتبر زهرة اللوتس واحدة من أجمل الأزهار في الطبيعة. على الرغم من أنها تنمو في المياه الموحلة، فإنها تظل دائمًا نظيفة بفضل خاصية الطرد المائي الفائق على أوراقها. تحتوي أوراق اللوتس على نتوءات مغطاة بالشمع، مما يؤدي إلى تدحرج قطرات الماء عن الأوراق مع الأوساخ والحطام.

استلهم العلماء من هذه الظاهرة لتطوير طلاءات وأسطح ذاتية التنظيف، مثل الطلاء الذي طوّرته شركة ستو الأمريكية والذي يطرد الأوساخ والطين.

القطارات السريعة اليابانية: إلهام من طائر الرفراف

الرفراف هو طائر سريع ورشيق يتسم بمنقار طويل ومدبب يساعده على الغوص دون إصدار أي ضوضاء، مما يجعله أكثر قدرة على اصطفاء فريسته. استلهم المهندسون اليابانيون تصميم القطارات السريعة شينكانسن من منقار الرفراف. تم تعديل مقدمة القطار لتقليد هذا المنقار، مما أدى إلى التخلص من ضوضاء الأنفاق وتحسين سرعة القطار وتقليل استهلاك الطاقة بنسبة 15%.

الابتكارات المستوحاة من جلد القرش

القرش معروف بسرعته وقوته في السباحة تحت الماء. لذلك، قام العلماء بمحاكاة جلد القرش في العديد من التطبيقات، مثل بدلات السباحة والطلاء المقاوم للبكتيريا. يتميز جلد القرش بوجود هياكل صغيرة تشبه الأسنان تُسمى الأسنان الجلدية، التي تقلل من مقاومة الماء وتساعد القرش على السباحة بسرعة وكفاءة.

خلايا النحل: بنية هندسية فعالة

كما تم الإشارة إليه في المقدمة، تُعد بنية الخلية السداسية التي يستخدمها النحل من أكثر الأشكال الهندسية كفاءة. هذه البنية لا توفر فقط المساحة المثلى لتخزين الشمع ولكنها تستخدم أقل كمية من المواد. وقد أثبت الرياضي الأمريكي توماس هيلز في عام 1999 أن الشكل السداسي يقلل من محيط المساحة ويزيد من الكفاءة باستخدام الحد الأدنى من المواد.

الختام

تستمر الطبيعة في تقديم مصادر لا حصر لها للبشر للاستلهام منها، حيث يمكننا تحسين تقنياتنا الحالية من خلال مراقبة ودراسة الأنظمة والعمليات الطبيعية.