steps.png
 

LUONNOSTA MALLI INNOVAATIOLLE

Etsitkö inspiraatiota? TERVETULOA!

Vei 3,8 miljardia vuotta evoluutiolta, jotta ympärillämme elävät organismit kehittyivät sellaisiksi kuin ne nyt ovat. Tuon pitkän ajan kuluessa ne ovat ratkaisseet välttämättömiä lisääntymiseen, sopeutumiseen ja uusille elinalueille levittäytymiseen liittyviä ongelmia. Vain menestyneimmät niistä selviytyivät.

Voimmeko oppia niiltä? KYLLÄ.

Biomimetiikka on luonnon inspiroimaa suunnittelua, joka siirtää ideoita biologiasta tekniikkaan.

Tämän polun varrelta löytyy useita tauluja, jotka esittelevät luonnonilmiöitä, jotka ovat olleet tai voivat olla prototyyppinä  jollekin innovaatiolle. Jokaisen taulun tarina jatkuu videolla, joka esittelee näiden ideoiden sovelluksia tekniikassa tai tieteessä.

MIKSI tarvitsemme biomimetiikkaa? – Katso video.

 
steps2.png
 

MEHILÄISET

MITEN tuhannet mehiläiset koordinoivat ruoanhaun?

bee.png

Yhdyskuntaeläinten kyky hajautettuun itsenäiseen käyttäytymiseen tunnetaan laumaälykkyytenä. Noudattaen yksinkertaisia vuorovaikutussääntöjä, parven yksittäiset yksilöt muodostavat monimutkaisen älykkään käyttäytymisen populaation tasolla. Mehiläisten ruoan etsiminen, jonka ensimmäisenä havainnoi Aristoteles, on yksi esimerkki laumaälykkyydestä.

Mehiläisyhteiskunta jakautuu tiedustelijamehiläisiin ja ruoanhakijoihin. Tiedustelijamehiläiset etsivät kukkia sattumanvaraisesti pesän ympäriltä. Löytäessään ruoanlähteen ne palaavat pesälle ja ilmaisevat sen ruoanhakijoille mehiläistanssilla. Tanssin kulma osoittaa suunnan, pituus etäisyyden ja heilumisen määrä kertoo ruoan runsauden. Ruoan keruun  jälkeen ruoanhakijat voivat myös esittää mehiläistanssia lisäten mehiläisyhteiskunnan ruoanetsintätehokuutta.

Miten mehiläisten viisautta käytetään teollisuudessa ja tieteessä? – Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
steps.png
 

MÄNNYNKÄPY

Näetkö männynkäpyä lähettyvilläsi?

Onko se kiinni vai auki? MIKSI?

cone.png

Männynkäpyjen suomut avautuvat itsestään, kun ilma on kuivaa, ja sulkeutuvat muulloin. Käpyjen solut ovat kuolleet, joten mekanismi on passiivinen eikä sen tekemiseen tarvita energiaa. Ominaisuus johtuu siis suomujen rakenteesta.  Kävyn suomu toimii kaksoiskerroksena, jossa on selluloosan mikrosäikeitä eri suuntiin.

“Suomun ulkopinnan soluissa (sclerids) mikrosäikeet ovat poikittain antaen suomun venyä, kun on kosteaa. Sisäpuolen soluissa (fibres) mikrosäikeet ovat suuntautuneet solujen suuntaisesti, mikä vastustaa venymistä.

Aukeava suomu toimii siis kaksoiskerroksena samoin kuin kaksoismetalliliuska, mutta reagoi lämmön sijasta ilmankosteuteen"

Dawson et.al (1997). How pine cones open. Nature.

Kuinka voimme hyödyntää tätä? – Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
steps2.png
 
cobweb-151045_1280.png

HÄMÄHÄKINVERKKO

KUINKA vahva hämähäkin verkon tulisi olla napatakseen ja pitääkseen saaliita? MITEN hämähäkit välttävät yhteentörmäyksen lintujen kanssa?

Hämähäkinverkon tiedetään olevan yhtä vahvaa kuin teräs. Sen vetolujuus on n. 1,3 GPa (gigapascal) (teräksen 0,5-2 GPa), vaikka se on tiheydeltään kuusi kertaa harvempaa kuin teräs. Jos hämähäkki kutoisi säikeen maapallon ympäri, säie painaisi vain n. 500 grammaa. Lisäksi hämähäkinverkot ovat hyvin venyviä, joitakin niistä voidaan venyttää jopa viisinkertaiseksi niiden normaaliin pituuteen nähden, rikkomatta niitä. Vahvuuden ja sitkeyden yhdistelmästä johtuen hämähäkinverkot ovat erittäin kestäviä ja verrattavissa synteettisiin kuituihin, kuten esim. Kevlariin.

Ristihämähäkkien täytyy sijoittaa verkkonsa avoimeen kohtaan taatakseen suuren saaliin. Se luo kuitenkin riskin törmätä lintuihin. Välttääkseen tämän, hämähäkit kehittivät UV-valoa heijastavan verkon, jolloin linnut (kuten myös perhoset ja mehiläiset) näkevät sen, mutta se pysyy näkymättömänä kärpäsille ja muille saaliille.

VOIKO hämähäkinverkko korvata synteettiset kuidut? MITÄ muuta hämähäkeiltä voidaan oppia?– Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
 

PÖLLÖ

RWTH Aachen University, Department for Zoology and Animal Physiology http://www.bio2.rwth-aachen.de/index.php?id=83

RWTH Aachen University, Department for Zoology and Animal Physiology http://www.bio2.rwth-aachen.de/index.php?id=83

Oletko nähnyt pöllöä?

Oletko koskaan kuullut sen lentävän?

Pöllöt metsästävät yöllä. Hiljaa oleminen antaa niiden lähestyä saaliita huomaamattomasti, mikä on välttämätöntä onnistuneen metsästyksen kannalta.

Tavallisesti linnun lentämisestä aiheutuva ääni tulee ilman pyörteistä, jotka syntyvät ilman syöksyessä hakkaavien siipien läpi. Pöllöillä sulkien muoto on erilainen tämän äänen vähentämiseksi.

Pöllön siiven etusulissa on koukkumainen rakenne, joka hajottaa ilmavirtauksen (katso ”anterior border”). Lisäksi jokainen höyhen on hapsutettu pitkin siiven takareunaa, mikä edelleen vaimentaa ääntä (katso ”posterior border”). Tämä sallii siipien liukumisen hiljaa ilmassa.

 

MIKSI hiljaisen lennon salaisuus on hyödyllinen?
– Katso video.

 

BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
 

HYTTYNEN

Pidätkö hyttysistä?

Eikö kutitakin pureman jälkeen?

Mutta onko purema itsessään kivulias?

A.© 2015 Choo, Buss, Tan and Leal (distribution under CC BY). Front Physiol. 2015; 6: 306. Published online 2015 Oct 29. doi: 10.3389/fphys.2015.00306[/caption]  B.Own drawing

A.© 2015 Choo, Buss, Tan and Leal (distribution under CC BY). Front Physiol. 2015; 6: 306. Published online 2015 Oct 29. doi: 10.3389/fphys.2015.00306[/caption]

B.Own drawing

Hyttysten suu tai imukärsä ei ole vain yksi piikki. Itse asiassa se sisältää kuusi neulaa tai tuntoelintä, joista jokaisella on oma tarkoituksensa hyttysen purressa. Hyttynen tunkeutuu ihoon lävistämisen sijaan sahaamalla. Ensin se käyttää kahta ulointa tuntoelintään (maxillae), joissa on terävät reunat, sahatakseen ihon läpi. Sen jälkeen pitämällä kudosta auki leuoillaan, se lävistää suonen ja imee verta imuneulallaan. Sisin neula (hypopharynx) pistää vereemme hyytymistä estävää ainetta, pitääkseen sen juoksevana.

Tutkijat tutkivat hyttysen imukärsää (Kong & Wu, 2010) ja saivat selville, että kaksi ulointa tuntoelintä toimivat muuttuvalla taajuudella mikroskooppisena sahana. Tämä mahdollistaa hyttysen tunkeutumisen ihon alle hyvin pienellä voimalla (keskimäärin 16,5 μN (mikronewton)).

MITEN tätä voidaan käyttää? – Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
 

RAKENTEELLINEN VÄRITYS

Oletko huomannut upean sinivihreän värityksen koirassorsan päässä? Mikä on sen salaisuus?

Tavallisesti eri värit esiintyvät pigmentteinä, jotka heijastavat tietyn pituisia valoaaltoja (näemme värin) ja imevät muun pituiset aallot. Värejä voidaan tuottaa myös sellaisista optisista ilmiöistä kuin valon interferenssi ja diffraktio. Yksinkertainen esimerkki on ohut kalvo-interferenssi, jota voidaan havaita saippuakuplissa. Saippuakuplassa nähdään sateenkaaren värit, jotka riippuvat kalvon paksuudesta ja taitekertoimesta sekä valaistuksen tai havainnoinnin kulmasta.

Rakenteellisia värejä voi nähdä monissa linnuissa, kuten harakoissa ja riikinkukoissa, eräissä perhosissa ja kovakuoriaisissa, ja jopa marjoissa (esim. Pollia condensata).

Ohuiden kalvojen lisäksi luonto käyttää erilaisia mekanismeja leikkiessään valolla, kuten diffraktiohiloja, valikoivia peilejä, fotonikiteitä, kristallikuituja ja epämuodostuneita matriiseja.

Mitkä teollisuudenalat voivat hyötyä rakenteellisesta värjäämisestä?  – Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
steps2.png
 

SYMBIOOSI

Näetkö kuivia harmahtavia kasveja ympärilläsi puissa ja kivillä? Ne eivät ole kasveja...

moss-77604_1920.jpg
lichen-1043425.jpg
 
lichen.png

Se on jäkälää. Jäkälät ovat levää ja sienirihmastoa, jotka elävät symbioottisessa suhteessa ja muodostavat yhdistelmäorganismin. Sienirihmasto tarjoaa tukea leväsoluille ja suojaa niitä kuivumiselta. Se myös kerää ravinteita, joista levät yhteyttävät ja ruokkivat sienirihmastoa. Yhdessä ne saavat uusia ominaisuuksia elävänä organismina ja valtaavat uusia elinalueita, kuten kivien ja puiden pintoja.

Toinen esimerkki symbioosista on maariankämmekkä (Dactylorhiza maculata), joka myös kasvaa Suomessa. Sen ollessa pieni maanalainen sipuli, se voi kasvaa vain symbioosissa sienirihmaston kanssa. Kun siitä tulee täysikasvuinen kukka, jolla on vihreät, yhteyttävät osat, se puolestaan ruokkii sienirihmastoa. Symbioottiset suhteet ovat yleisiä myös eläinten keskuudessa.

Onko keksintöjä, joiden inspiraationa on symbioosi?– Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
 

LEHDET

Eikö metsässä olekin varjoisaa ja viileää jopa aurinkoisena päivänä? MIKSI?

leaf.png

Lehdet kehittyivät hienostuneiksi välineiksi valon vangitsemiseen. Niiden sijoittuminen puun oksistossa mahdollistaa enimmäisaltistumisen suoralle auringonvalolle niin, että mahdollisimman vähän tilaa menee hukkaan. Siten puiden latvuston läpi pääsee vähemmän valoa, mikä tarjoaa raikkauden metsän varjossa.

Auringonvaloa käytetään yhteyttämiseen pienen pienissä vihreissä soluelimissä, joita kutsutaan viherhiukkasiksi. Ne muuttavat valoa, vettä ja hiilidioksidia sokereiksi ja ovat siten tärkeä osa kasvien ruokintajärjestelmää.

Maailmanlaajuinen taistelu hiilidioksidipäästöjen kanssa kannustaa tutkijoita kehittämään uusia tapoja hiilidioksidin talteenottoon. Puiden ja muiden vihreiden kasvien kyky imeä hiilidioksidia on vetänyt tutkijoiden huomion puoleensa, heidän etsiessään ratkaisua ongelmaan. Ideoita keinotekoisesta yhteyttämisestä on noussut esiin, mutta niiden toteutus on edelleen ajatuksen tasolla.

MITÄ muuta inspiraatiota lehdet voivat tarjota? – Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola

 
steps2.png
 

TIKKA

Oletko kuullut tikan rummuttavan puuta?

Osaatko arvioida rummutuksen taajuuden?

bird.png

Tikat rummuttavat puiden kovaa kuorta 20:n hertsin keskitaajuudella (20 kertaa sekunnissa). Luonto on varustanut niiden pään iskuja vaimentavalla elimistöllä aivovaurioiden välttämiseksi.

  • Muihin lintuihin verrattuna tikoilla on vähemmän tilaa kallon ja aivojen välillä.

    • Erityinen huokoinen luusto kallon etuosassa vaimentaa kuormituksen voimaa.

    • Tikan kimmoisa kieliluu, toimii ikään kuin vyönä kiinnittäen kallon ja vaimentaa kuormitusta lihaksiin.

    •Nokan epäsymmetrinen rakenne (yläosa on pidempi) myöskin vähentää rummutuksen vaikutusta päähän.

MISSÄ tämä voisi olla hyödyllistä?  – Katso video.


BIOTRAIL Lapsille

Kuva: Kaisa Tanhola

Kuva: Kaisa Tanhola