Thiên nhiên thích xoắn ốc, từ thiên hà đến vỏ sò. Jay Harmon đã sử dụng một đường xoắn ốc tự nhiên để thiết kế một xoáy nước lạnh đông lạnh để giữ cho bể nước sạch mà không có hóa chất.
Thiên nhiên thích những vòng xoắn ốc, từ xoáy nước hay bão tố, cho đến cách nhựa chảy lên cây, đến hình dạng của trái tim con người. Nhà phát minh Jay Harmon, thuộc công ty nghiên cứu kỹ thuật và thiết kế sản phẩm PAX Science Inc., đã sử dụng hình dạng nguyên mẫu này từ thiên nhiên để thiết kế một xoáy nước lạnh đông lạnh làm bộ phận quay của máy hoặc máy bơm. Vòng xoáy đông lạnh Harmon, có kích thước bằng bàn tay của bạn, có thể khuấy mười triệu gallon nước trong bể chứa chỉ với một vài bóng đèn có giá trị bằng điện. Thiết kế này giữ cho bể chứa nước sạch, không sử dụng clo hoặc hóa chất khác. Harman hiện đang làm việc để mở rộng vòng xoáy băng giá của mình để làm sạch không khí của cả một thành phố. Cuộc phỏng vấn này là một phần của loạt EarthSky đặc biệt, Biomimicry: Nature of Innovation, được sản xuất với sự hợp tác của Fast Company và được tài trợ bởi Dow.
Hãy cho chúng tôi biết về ý tưởng của biomimicry, đó là gì?
Bioimicry đang tìm đến thiên nhiên cho các vấn đề phải đối mặt với nhân loại. Thiên nhiên sạch, xanh và bền vững. Ngành công nghiệp con người không, ở giai đoạn này. Và chúng tôi thực sự cần phải thực hiện thay đổi đó.
Nó đã truyền cảm hứng cho tôi vì tôi yêu thiên nhiên và tôi thích ở đại dương. Tôi đã bị mê hoặc bởi cách thiết kế thanh lịch từ khi tôi còn nhỏ. Tôi trở nên mê mẩn, và tôi đã dành cả đời để nghiên cứu thiên nhiên và áp dụng các nguyên tắc của cô ấy để giải quyết các vấn đề của con người.
Điều gì trong tự nhiên đã truyền cảm hứng cho một trong những phát minh đầu tiên của bạn cho PAX Khoa học, bộ trộn hợp lý? Làm thế nào nó hoạt động? Tại sao nó lại quan trọng?
Tôi nghĩ rằng lần đầu tiên tôi được truyền cảm hứng khi tôi còn nhỏ, và tôi đã bơi dọc theo những tảng đá và rạn san hô, với mặt nạ trên mặt, ngắm cá. Một cơn sóng sẽ ập đến, và tôi đã bị cuốn vào những tảng đá. Tôi lấy một ít rong biển để ngăn mình khỏi bị đẩy lên đá. Những con rong biển, tôi thấy, rất dễ vỡ và dễ gãy. Nhưng tôi cũng nhận thấy rằng ngay cả trong những cơn bão dữ dội nhất, những cơn bão mùa đông với những con sóng khổng lồ, những tảo biển này vẫn hoạt động tốt. Điều đó thực sự hấp dẫn tôi.
Trong một khoảng thời gian nhiều năm, tôi nhận thấy rằng tất cả những con rong biển này đã thay đổi hình dạng của chúng thành con đường ít kháng cự nhất, ít lực cản nhất. Vì vậy, khi nước đi qua, bạn thấy những con rong biển này xoáy và lắc lư. Có vẻ như nó hỗn loạn, giống như cành cây trong gió. Nhưng nếu bạn nhìn vào chúng đủ chặt chẽ, tất cả chúng đều thích nghi với cùng một con đường xoắn ốc. Và xoắn ốc đó chính xác là xoắn ốc mà bạn nhìn thấy trong bồn tắm của bạn khi bạn rút phích cắm ra, khi bạn nhìn thấy xoáy nước đó. Đó là bản chất của con đường mà con đường của ít sức đề kháng và lực cản ít nhất
Khi tôi nhìn thấy những tảo biển này, tôi bắt đầu thay đổi hình dạng của những chiếc ca nô mà tôi đang làm khi còn bé. Chúng là những chiếc xuồng khá thô, chỉ được làm bằng tôn cũ. Tôi đã đập chúng vào hình dạng của những vòng xoáy này và tôi thấy rằng chúng dễ chèo hơn. Sau đó, tôi đã dành một vài năm với bộ thủy sản và động vật hoang dã ở Úc, và tôi đã nghiên cứu những mô hình xoáy này trong tất cả các loại, từ cách cá bơi, đến cách chim bay, côn trùng bay, v.v. xảy ra với tôi rằng nếu tôi có thể đảo ngược một xoáy nước, nếu tôi có thể rút phích cắm ra khỏi bồn tắm của mình và đóng băng xoáy nước đó và chế tạo ngược nó, tôi thực sự sẽ có thứ gì đó mà tôi có thể thích nghi với mọi thứ.
Tín dụng hình ảnh: flikr
Chà, tôi đã mất 20 năm để tìm ra cách đóng băng một xoáy nước. Tôi không thể tìm thấy bất kỳ nhà toán học hoặc nhà vật lý hoặc kỹ sư nào có thể cho tôi các cấu trúc toán học của một xoáy nước. Tôi đã đóng băng một, cuối cùng, kỹ sư đảo ngược nó. Khi tôi có xoáy nước đông lạnh rắn đó, tôi thấy rằng nếu tôi đặt nó trong nước hoặc không khí và xoay nó, nó sẽ tạo ra một xoáy nước hoàn hảo.
Điều đầu tiên bạn sử dụng nó là gì?
Tín dụng hình ảnh: Pax khoa học
Nếu bạn nghĩ về việc cung cấp nước ở hầu hết các thành phố phương tây, đặc biệt là ở Mỹ, có những bể chứa lớn, hàng triệu gallon, chúng có thể là năm triệu, mười triệu gallon nước. Chà, nước đó bị ứ đọng, đó không phải là một điều tốt. Vì vậy, các đô thị quản lý nước đó phải đưa clo và chloramines vào nước. Họ gây ung thư, hoặc họ tạo ra các vấn đề khác. Vấn đề được giải quyết tốt hơn bằng cách trộn nước đó. Nhưng làm thế nào để bạn trộn nó hiệu quả? Hiện tại, nói chung trên toàn thế giới, nếu bạn muốn pha nước, nó rất đắt. Thông thường, bạn bơm nước từ bể này sang bể khác và quay lại. Trong mười triệu gallon nước, đó rất nhiều năng lượng. Và nó thực sự không pha trộn nước tốt.
Tôi đặt một trong những xoáy nước đông lạnh này vào đáy của một trong những chiếc xe tăng này. Tôi đã xoay nó với một vài trăm watt điện, một vài bóng đèn điện và tôi thấy nó có thể trộn được cả một bể nước, 10 triệu gallon, từ quan điểm kỹ thuật thậm chí không thể tưởng tượng được . Nhưng chúng tôi có thể chứng minh điều đó nhiều lần. Bây giờ chúng tôi đã có hàng trăm chiếc xe tăng này trên khắp nước Mỹ và một số quốc gia khác. Điều này hoạt động hiệu quả 100 phần trăm trong mỗi một trong những trường hợp này.
Từ đó, tôi bắt đầu thích nghi những hình dạng này với người hâm mộ. Người hâm mộ sử dụng 18 phần trăm năng lượng điện thế giới. Họ không hiệu quả khủng khiếp. Chúng tôi đã tìm thấy hết lần này đến lần khác rằng bạn có thể lấy chiếc quạt tốt nhất trên thế giới và giảm năng lượng của nó tới 30% và tiếng ồn của nó gần một nửa.
Bông hồng thiên hà. Tín dụng hình ảnh: NASA, ESA và Nhóm Di sản Hubble (STScI / AURA)
Và vì vậy chúng tôi đã lấy nó từ đó, và đi đến tất cả các loại ứng dụng khác - cánh quạt và máy bơm, hình dạng của thuyền, hình dạng của máy bay, hình dạng của tuabin gió. Nó áp dụng cho tất cả mọi thứ, nơi có dòng chảy. Vì vậy, hầu hết mọi thứ trong thế giới công nghiệp đều có thể được cải thiện bằng cách lấy những hình dạng này từ thiên nhiên và cấu hình lại những gì các kỹ sư xây dựng ngày nay.
Và một điều nữa là với một xoáy nước, mọi thứ mà Luồng chảy vào xoáy nước, từ bên ngoài, đều quay vào xoáy nước và nó bị hút vào. Chúng tôi nói tại PAX Khoa học Tự nhiên hút, vì nó thực sự. Khi bạn ở trên bãi biển và bạn cảm thấy gió nhẹ trên mặt, nguyên nhân của làn gió đó không ở trước mặt bạn, một thứ gì đó đẩy làn gió đến với bạn. Nguyên nhân của nó là đằng sau bạn. Có một hệ thống áp suất thấp ở đâu đó trong bầu không khí phía sau bạn. Có một số cấu trúc xoáy lớn, một số xoáy trong bầu khí quyển mà hút không khí vào. Và bạn có thể trải nghiệm nó như một cơn gió nhẹ. Mỗi xoáy nước trong vũ trụ của chúng ta hoạt động theo nguyên tắc đó.
Khi bạn nhìn vào cách con người chế tạo quạt, máy bơm và máy trộn và mọi thứ khác xoay vòng, họ không cho hút. Họ bỏ trốn. Họ thực sự ném chất lỏng ra bên ngoài thay vì kéo chúng vào trong. Bằng cách đẩy chúng ra, chúng tạo ra một áp suất thấp, vì vậy chúng thực sự hút ra khỏi đường ống. Nhưng nó hoàn toàn không phải là cách mà thiên nhiên đã thiết kế. Con người sử dụng máy ly tâm. Thiên nhiên xây dựng hệ thống hướng tâm. Nó là điều ngược lại. Và do đó, những gì tôi đã sử dụng trong các máy trộn này.
Chúng cũng có thể được sử dụng trong khí quyển. Chúng tôi đang làm một dự án nghiên cứu tiên tiến ngay bây giờ tại các trường đại học tại Hoa Kỳ để chứng tỏ rằng chúng ta có thể tạo ra một trong những thermals trong khí quyển và ảnh hưởng đến một khu vực rất lớn lên đến 20.000-25.000 feet cao và 20 dặm đường kính. Chúng ta có thể đến những nơi như L.A và Mexico City, hoặc Bắc Kinh hoặc Tehran có các lớp đảo ngược lớn và ô nhiễm khủng khiếp vì tất cả sự ô nhiễm này bị mắc kẹt trong một lưu vực. Tất cả các thành phố này có những ngọn đồi cao xung quanh chúng và không đủ gió. Trong khi hầu hết các thành phố đang tạo ra ô nhiễm - mọi thành phố đều tạo ra ô nhiễm, ô nhiễm đó tăng lên theo nhiệt và sau đó được phân tán trên phần còn lại của lục địa hoặc trên đại dương. Mỗi thành phố trên thế giới đều làm điều đó ngoại trừ những thành phố đặc biệt mà tôi vừa đề cập.
Tín dụng hình ảnh: Chris 73
Và vì vậy, những gì chúng tôi đã thể hiện - chúng tôi đã mô hình hóa điều này trên máy tính và chắc chắn đã trình diễn nó rõ ràng trong nước - chúng tôi có thể đặt một trong những thiết bị này ở một thành phố như Bắc Kinh và gây ra mô hình lưu thông này. Về cơ bản, chúng tôi chỉ tăng tốc những gì tự nhiên đã có, bởi vì những mô hình này đã tồn tại trên các thành phố như Los Angeles hay Bắc Kinh, chúng không đủ mạnh. Họ không thể đưa không khí bị mắc kẹt này lên đủ cao để có thể phân tán. Chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể làm điều đó với một thiết bị rất nhỏ và một lượng năng lượng rất nhỏ. Vì vậy, đây là một giải pháp cho các thành phố như Tehran, Bắc Kinh và Thành phố Mexico, có vấn đề lớn về sức khỏe của các bệnh về đường hô hấp. Chúng tôi có thể giúp những người đó bằng cách điều chỉnh tự nhiên.