Tøffe dyr inspirerer til supersterk støtfanger

Dansk forsker mener at man kan finne oppskriften på en mer effektiv støtfanger ved å studere pinnsvin og vær.

Publisert
Hvis vi kopierer de støtabsorberende teknikkene i pinnsvin og værer, kan et uhell som dette bli mindre alvorlig, mener dansk forsker. (Foto: (Illustrasjon: Colourbox))
Hvis vi kopierer de støtabsorberende teknikkene i pinnsvin og værer, kan et uhell som dette bli mindre alvorlig, mener dansk forsker. (Foto: (Illustrasjon: Colourbox))

Torben Lenaus «top down»-metode:

Slik kan du finne inspirasjon i naturen til å løse praktiske problemstillinger:

Definer det problemet som du vil ha løst, i generelle termer.

Bruk nøkkelord til å brainstorme og søke i faglitteratur og vitenskapelige artikler etter dyr og planter som karakteriseres av nøkkelordene.

Analyser de biologiske fenomenene og mekanismer du støter på, og undersøk om naturens prinsipper kan overføres til et produkt som kan løse problemet.

Piggene på pinnsvinet og værens skalle er nemlig ekstremt støtabsorberende, og ved å etterligne dyrenes anatomi kan støtfangere bli mye sterkere. Det har ingeniør og forsker Torben Lenau funnet ut. Han har vært på jakt i naturen etter ideer til hvordan man kan redusere konsekvensene av sammenstøt i trafikken.

Inspirasjonsjakten foretok han sammen med doktorgradsstudenter fra Technische Universität München i Tyskland og fra Danmark Tekniske Universitet, hvor Lenau er førsteamanuensis på instituttet DTU Management.

Gikk systematisk til verks

På DTU underviser han i produktutvikling, og han forsker spesielt på å forstå og etterligne naturen – det som på fagspråk heter bionikk og biomimetikk. Lenau og studentene har gått systematisk til verks i letingen.

De fulgte en omhyggelig, tverrfaglig metode, hvor første skritt var å definere de egenskapene de var på utkikk etter.

– Vi spurte oss selv: «Hva er egentlig problemet? Vi vil unngår skader ved kollisjoner». Det var den spesifikke formuleringen, forteller Lenau.

– Men for å overføre det til dyrenes verden må det omformuleres til å handle om sammenstøt, energiopptak og plutselig oppbremsing, sier han.

Brainstorm, biolog og bibliotek

Neste skritt var å brainstorme rundt disse nøkkelordene for å finne ut hvilke dyr som kan være relevante. Forskerne tenkte umiddelbart på hakkespetten og væren.

«Hvorfor får ikke hakkespetten hjernerystelse? Eller hva med for eksempel værer, okser og hjorter? Det smeller virkelig når de stanger hodene sammen. De gjør det jo igjen og igjen», tenkte Torben Lenau.

De kontaktet Lisbeth Børgesen, som er utdannet biolog og arbeider som bibliotekar ved Det kongelige bibliotek. Hun hjalp dem med å finne vitenskapelig litteratur om sammenstøt og «impact» (kraftpåvirkning) i biologiens verden.

Det ledet til forskningsartikler som for eksempel avslørte hvordan væren unngår å skade seg. Spente muskler, bruskskiver, leddeler og et ettergivende kranium skaper til sammen et støtabsorberende system fordelt bortover ryggsøylen og hodet. Gruppen til Lenau ville undersøke om noen av disse mekanismene kunne overføres til biler.

Mekanismer i hode og rygg gjør at en vær tåler svært harde sammenstøt. (Foto: Colourbox)
Mekanismer i hode og rygg gjør at en vær tåler svært harde sammenstøt. (Foto: Colourbox)

– Vi ble inspirert av måten væren hadde brusk mellom beinplatene, sier Lenau.

De ble imidlertid skuffet når de leste mer om hakkespetten. Det viste seg nemlig at hakkespettens triks til å motstå harde slag bare virket i liten skala.

Støtfanger designet som en børste

Bibliotekar Lisbeth Børgesen klarte imidlertid raskt å få dem til å smile igjen, for søket hennes brakte overraskende kunnskap om pinnsvinet.

– Det var overraskende å lese om pinnsvinet i denne sammenhengen. Men piggene er faktisk ikke bare et forsvar mot rovdyr. De virker også som støtdempere; så hvis et pinnsvin faller fra en kant, spretter det litt opp når det lander. Det er altså en fjærings- og oppbremsingseffekt i måten piggene er konstruert på, sier Lenau.

Han mener pinnsvinets fallteknikk førte til det mest lovende forslaget til en ny type støtfanger.

Piggene kan ikke bare stikke nesevise rovdyr. De fungerer også som støtdempere hvis pinnsvinet skulle falle fra for eksempel en kant. (Foto: Colourbox)
Piggene kan ikke bare stikke nesevise rovdyr. De fungerer også som støtdempere hvis pinnsvinet skulle falle fra for eksempel en kant. (Foto: Colourbox)

– Man kan lage en slags børste rettet fremover, med en masse støtabsorberende pinner i stedet for et enkelt, stivt skall, sier Lenau.

Fremdeles på tegnebrettet

Den børsteformede støtfangeren er fremdeles på tegnebrettet, og selv om den kanskje aldri blir til mer enn et konsept, har arbeidet med den vært et godt eksempel på hvordan man effektivt og systematisk kan søke etter inspirasjon i naturen, mener Lenau.

– Ved å tenke slik får man bredt ut et mye større løsningsrom. Det åpner man opp for alternative løsninger. Men man vet ikke om det virker før man har prøvd, sier han.

Naturen ga ideer til proteser og sykkellåser

De danske forskerne har brukt en metoden som kalles «top down»-bionikk. To studenter på DTU har brukt samme metode til å utvikle formtilpassende beinproteser.

Utfordringen var at den gjenværende beinstumpen endrer størrelse i løpet av dagen, og derfor bør proteser kunne tilpasse seg beinets form for å unngå at den gnager.

De to studerte blant annet hår på en kjøttetende plante og det knoppete skinnet på insekter. Men den endelige løsning er hemmelig fordi de arbeider sammen med den islandske proteseprodusenten Össur om å bruke ideen i et kommersielt produkt.

På samme måte har andre studenter også forsøkt å utvikle en ubrytelig sykkellås, inspirert av en krabbeklør, insektvinger og tulipanblader. En tredje gruppe studenter utviklet en ny type ambulansebåre.

Skjold hos biller ga ideen til unik overflate

Bionikk er imidlertid langt fra bare «top down». Man kan også få en idé ved å snuble over en spektakulær egenskap i naturen og undersøke hvordan den kan etterlignes og utnyttes i produkter. Den fremgangsmåten kalles «bottom up»-bionikk.

Torben Lenau brukte denne metoden da han så et bilde av en metallfarget bille i bladet National Geographic.

– Som maskiningeniør tenkte jeg: Jammen, billen har ikke noe metall i seg, så hvordan kan den være metallisk? Kan man ikke gjøre det kunstig? forteller han.

Siden den gang har han studert skjoldene på ulike biller sammen med biologer, polymer-kjemikere og optikere. De har funnet ut at det metalliske utseendet skyldes at billenes skjold består av en masse tynne lag som reflekterer forskjellige bølgelengder i lyset, og det prinsippet vil Lenau etterligne i overflater og materialer av plast.

Mobiltelefoner kan få billeoverflate

En plastikkoverflate som er sterkt farget og reflekterende som metall, vil se flott og skinnende ut på for eksempel en mobiltelefon.

Det har også andre positive bivirkninger: Siden plast ikke leder elektrisitet, vil man kunne utnytte materialet i elektriske apparater, slik at de ikke kan gi støt, samtidig som de bevarer metallutseendet. Den klare metalliske fargen er dessuten svært holdbar, og løsningen er miljøvennlig fordi overflaten kan gjenbrukes, og den skaper mindre søppel enn tradisjonelle metallbelagte overflater, poengterer Lenau.

Referanse:

Torben Anker Lenau et.al., Reducing Consequences of Car Collision using Inspiration from Nature, fra Proceedings of IASDR2011, The 4th World Conference on Design Research, 2011

 

 ___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no