طراحی با الهام گرفتن از طبیعت

تعریف Biomimicry

به هر طرح و یا محصولی که جنس، ساختار و یا بخشی از سیستم آن برگرفته از رفتار طبیعت باشد بایومیمیکری (Biomimicry) می‌گویند. الهام گرفتن از طبیعت در بسیاری از صنعت‌ها بکار گرفته می‌شود از جمله معماری، هوافضا، صنایع دفاعی.

استفاده از سیستم‌ها و مکانیزهای موجود در طبیعت باعث می‌شود که مهندسان و دانشمندان در زمان کمتری جواب مسئله خود را پیدا کنند. از دیگر مزیت‌هایی که یافتن پاسخ در طبیعت دارد این است که عموما این جواب­ها بهترین و بهینه­ترین حالت هستند و همواره امکان پیاده‌سازی آن وجود دارد.

انسان برای پرواز تلاش‌های زیادی انجام داد تا با تقلید از طبیعت این کار را انجام دهد این موضوع را می‌توان در طرح نقاش سرشناس لئوناردو داوینچی مشاهده کرد که در نخستین طرح خود به دنبال ساخت ماشین پرنده­ای بود که با تیرهای نازک چوبی و پارچه، مکانیزمی شبیه به بال پرندگان را داشت.

تار عنکبوت باتوجه به ضخامت کم و استحکام بالایی که دارد همواره مورد توجه مهندسین عمران بوده است و از ساختار هندسی آن به منظور استحکام بخشی به سازه‌های به کار گرفته­اند. در مورد دیگر می‌توان به ساخت زیردریایی‌هایی اشاره کرد که بر اساس ساختار بدنه دلفین‌ها طراحی شده‌است تا با اصطکاک کمتر بازدهی بالاتری داشته باشند. در علم هوافضا نیز از این دست الهامات فراوان یافت می‌شود، طراحی آیرودینامیک بدنه بمب افکن B2 و طراحی winglet نمونه‌ای از آن‌ می‌باشد که در ادامه به جزئیات آن می­پردازیم.

در دو سر انتهایی بال جریان‌های گردابه‌ای به‌وجود می‌آید که از میزان نیروی لیفت می‌کاهد؛ وظیفه wingletها از بین بردن جریان‌های گردابه‌‍‌‌‌‌‌‌ای می­باشد تا برآیند نیرو لیفت افزایش پیدا کند و به دنبال آن مصرف سوخت کاهش پیدا کند. این پدیده عینا در پرواز پرنده‌ها رخ می‌دهد و پرنده به صورت غریزی با تغییر زاویه پرهای انتهایی بال خود با از بین بردن جریان­های مزاحم نسبت پرواز بدون بال زدن (گلاید) خود را افزایش می‌دهد. تحقیق بر روی وینگلت توسط ناسا آغاز شد و از سال 2008 بر روی هواپیماهای تجاری به کار گرفته شد به طوری که استفاده از این winglet در هواپیمای بویینگ 737 مکس علاوه بر کاهش وزن و بهبود عملکرد بال، موجب کاهش 5/1 درصدی مصرف سوخت نیز گردیده است.

موضوع دیگری از الهام از طبیعت در صنعت هوافضا که به وضوح قابل مشاهده است، ساختار کلی هواپیما می‌باشد، این ساختار متداول بال و بدنه که بسیار شبیه به اندام یک پرنده می‌باشد سالیان درازی است که در صنعت هوافضا به کار گرفته می­شود و به مرور زمان به ساختار یک پرنده در حال نزدیک شدن است، این اتفاق در صنعت نظامی زودتر رخ داده است و در بمب افکن B2 آمریکا بسیار مشهود است. بدنه این هواپیما بسیار شبیه به پرنده شاهین می‌باشد. حذف سکان عمودی و جایگزینی یک سیستم کنترلی پیچیده مهم‌ترین تغییر ساختاری است که فرم کلی این بمب­افکن را مشابه پرنده شاهین کرده‌است.

اگر بخواهیم نگاهی به طرح­های آینده شرکت‌های بزرگ این صنعت بیاندازیم، موضوع الهام از طبیعت در ایده‌های آن‌ها قابل مشاهده خواهد‌بود. در طرح‌های هواپیماهای مسافربری نسل آینده ساختار متداول بال بدنه تغییرات زیادی خواهد کرد به طوری که ضخامت بال و بدنه به هم نزدیک خواهد شد و امکان قرارگیری مسافر در بال به وجود خواهدآمد. همچنین با پیشرفت سیستم­های کنترلی، ساختار سطوح کنترلی تغییر خواهد کرد تا پرنده شباهت بیشتری به ظاهر پرنده‌های شکاری داشته باشد. همچنین ساختار رایج در بدنه هواپیما که شامل bulkhead،  formerو پوسته است در آینده شامل این تغییرات خواهد شد. بر اساس ساختارهای موجود در طبیعت و با کمک تکنولوژی پرینترهای سه‌بعدی سازه‌هایی به مراتب سبک­تر و مقاوم­تری ساخته خواهد شد که جایگزین این ساختارهای قدیمی می‌شود. بخشی از هواپیما ایرباس A350 بر این اساس ساخته شده‌است و در آینده‌ای نزدیک شاهد کاربرد آن در سایر هواپیماهای تجاری نیز خواهیم بود.