Betöltés

Mit keresel?

sportinnováció Sporttudomány

Biomimikri a sportban

Megoszt

Biomimikri: a fenntarthatóságot is szem előtt tartó tervezési módszer, ami a természettől kölcsönöz ötleteket. Több tudományterület – mint pl. a biológia, kémia, fizika, matematika, tervezés vagy technológia – eredményeit és módszereit is felhasználja. A biomimikri azonban több mint egyszerű tervezési módszer, hisz etikai alap, természet tiszteletét és a hozzá való (újra)kapcsolódás útjait mutatja meg és a fenntartható megoldások lehetőségeit tárja fel és alkalmazza.

Az általunk ismert sportok folyamatos változásokon mennek keresztül. Míg a múltban a különböző sportágak sportolóival szemben támasztott fizikai követelmények hasonlóak voltak, az évek során a követelmények megváltoztak, és kialakultak a specialitások, mint például a magas kosárlabdázók, a széles kezű úszók stb. Az idő múlásával úgy tűnik, hogy a teljesítmény további fokozására való képességünk egyre csökken, és a további fejlődés érdekében más élőlények képességeit kell kihasználnunk.

Az elmúlt években a tudományban kifejlődött a biomimikri területe. Ez a terület arra törekszik, hogy megértse az állatok és növények által az evolúció évmilliói során kifejlesztett kreatív megoldásokat, és ezeket a mindennapi életünkben is alkalmazza. Híres példa erre a tépőzár, amely a gyűszűvirágok terjesztési mechanizmusán alapul. Egy másik példa a japán gyorsvonat formája, amely a jégmadár csőrének szerkezetén alapul.

Biomimikri jégmadár

Az ilyen típusú trükköket különböző sportágakban is alkalmazzák, és hozzájárulnak a sportolók teljesítményének javításához.

Cipők

Az egyik tulajdonság, amely a gepárdot a leggyorsabb szárazföldi állattá teszi, a lábainak mozgása. A gepárd kihúzott karmokkal fut, a földbe szúrva azokat, így jobb tapadást biztosít a talajon, ami lehetővé teszi számára az előre száguldást. Ugyanez az elv létezik évek óta a futballcipőknél is. Egy vezető cipőgyártó cég azonban 2008-ban egy lépéssel továbbment, és olyan cipőket fejlesztett ki, amelyekben apró pengék vannak, ami jobb tapadást biztosít a futónak a talajon. A cipő a 2008-as pekingi olimpián állta ki a próbát, amikor a jamaicai sprinter, Asafa Powell ebben a cipőben nyerte meg a 100 méteres futást a nedves pályán.

Egy másik példa a futás területéről a parasportban született, és önálló területként fejlődik: a kengurúláb (vagy más néven kengurucipő) használata. Röviden ezek olyan cipők, amelyek lehetővé teszik, hogy úgy ugorjunk, ahogyan a kenguru teszi. 

A természetben a kenguru lábai úgy működnek, mint egy rugó – egy olyan eszköz, amely sok energiát képes felhalmozni, és felhasználni azt az ugrásra és az előrehaladásra. Amikor a kenguru földet ér, a gravitációs energia felhalmozódik a rugószerű szerkezetben, amelyet lábai hajlítás közben hoznak létre, és ezután kisebb energiabefektetéssel újra tud ugrani. A mesterséges kengurúlábak ugyanígy működnek, de mechanikus úton. 

A kengurúlábak használatával kapcsolatos vita a pekingi olimpiai játékok során alakult ki, amikor a mozgássérült sprinter, Oscar Pistorius kérte, hogy használhassa őket a nem mozgássérült sprinterek elleni versenyen. A kérést megvitatták, majd végül jóváhagyták, miután nem tudták bizonyítani, hogy tisztességtelen előnye lenne a többiekkel szemben. Végül valóban nem segítettek a műlábak, és Pistorius nem felelt meg az akkori olimpiai kritériumoknak. Ugyanezt a technológiát használják manapság a nem fogyatékos sportolók is, lehetővé téve számukra, hogy futásonként két méter magasra és három méter messzire ugorjanak, aminek hatására akár háromszor annyi zsírt is elégetnek.

Sisakok

Számos sportág megköveteli, hogy a résztvevők védjék a fejüket. Az egyik ilyen sport a kerékpározás, és ebben az esetben is érdekes megoldást alkalmaztak, ezúttal a tukán ihlette.

A tukán egy olyan madár, amelynek nagyon hosszú és vastag csőre van, amely az egész testének körülbelül egyharmadát teszi ki. Elég nehéznek hangzik, nem igaz? De nem, a tukán csőre úgy épül fel, mint egy szendvics: kívülről egy külső keratinréteg borítja (mint a körmünkön), amely apró pikkelyekbe rendeződik, és megakadályozza, hogy megrepedjen. Középen egy levegővel teli szerkezet található, sok lyukkal, amelyeket kalciumból és keratinból álló állványzat tart. Ez egy nagyon kemény és egyben nagyon rugalmas szerkezetet eredményez, amely ráadásul igen látványosan össze is tud hajtogatni.

Napjainkban a San Diego-i Egyetemen ugyanezen elv alapján fejlesztik a motorkerékpáros sisakokat, később talán a repülőgépek vázát is. Sok más példa is van, például olyan lengéscsillapítók kifejlesztése, amelyek azon a mechanizmuson alapulnak, amellyel a harkály védi az agyát.

Tukán biomimikri védősisak

Egy másik példa egy innovatív sisakra, amely emberi fejünk szerkezetén alapul, amely egy bőrrel borított koponya. Egy ilyen sisak nagyfokú rugalmasságot és súrlódást tesz lehetővé, amikor a sisak a talajhoz ér. Ez megakadályozza, hogy a fej túlságosan elforduljon, és segít megelőzni a súlyos fejsérüléseket egy baleset során.

A focilabda szerkezete

A focilabdát az 1950-es években innovatív módon öt- és hatszögekből tervezték, hogy anyagot takarítsanak meg – az emberek ismét nem találtak fel semmi újat. Ezt a szerkezetet geodéziai labdának nevezik, és ez a leghatékonyabb módja egy tér lezárásának, nevezetesen, hogy minimális felületbe a lehető legnagyobb térfogatot foglaljuk bele, és így minimális mennyiségű anyagot használjunk fel. A teknősök páncélja hasonló elven épül fel, és hatszögekből és ötszögekből áll.

Teniszütő

Néhány évvel ezelőtt három különböző biomimikai technológián alapuló teniszütőt fejlesztettek ki. Ezek a technológiák a gekkó lábán, a cápa bőrén és a méhek kaptárán alapulnak.

Az ütő fogantyúja a gekkó technológiáján alapul – azon a mechanizmuson, amely lehetővé teszi a gekkók számára, hogy mikroszkopikus szálak segítségével függőlegesen lógjanak a falon, ami vákuumot hoz létre a lábuk és a fal között. Feltételezhetően a lábuk több mint 100 kg súlyt képes elbírni. A teniszütők gyártói ugyanezt a technológiát vették át, hogy a játékosok szorosan meg tudják tartani az ütőt anélkül, hogy az megcsúszna.

Biomimikri teniszütő nyele

Ezenkívül az ütőkeret szerkezete a Shark skin technológián alapul, amelyet a cápabőr szerkezetének utánzására hoztak létre. Ez csak minimális súrlódást hoz létre a vázon a levegővel, és csökkenti a minden ütésbe fektetett erőfeszítést. Erről a technológiáról bővebben a cikk későbbi részében olvashat.  Végül maga az ütő hatszögekbe épített szénszálakból áll, amelyeket a méhek által létrehozott kaptár ihletett. Ez a szerkezet könnyű és nagyon stabil, és nagyrészt levegőt tartalmaz, karbon tartó rudakkal – a tukán csőréhez hasonlóan.

Ruhák

A 2008-as pekingi olimpiai játékokon nagy figyelmet kapott Michael Phelps úszó fürdőruhája – egy hosszú, furcsa textúrájú fürdőruha. A fürdőruhát közelebbről megvizsgálva kiderült, hogy a korábban említett cápabőr-technológiát alkalmazva apró, részben egymásra fedett pikkelyekre emlékeztető struktúrákat tartalmaz. Ez lehetővé teszi, hogy a víz simábban áramoljon az úszó körül, és csökkenti a lassabban mozgó víz örvényeit és áramlásait. Ennek a technológiának köszönhetően Phelpsnek sikerült könnyebben siklania a győzelemhez.

Néhány évvel később ezt a technológiát betiltották az úszók számára, mivel úgy döntöttek, hogy tisztességtelen előnyt biztosít a használóinak. Napjainkban a hajók testének bevonására használják, hogy csökkentsék a vízzel való súrlódást, így csökkentve az üzemanyag-fogyasztást és a hajó oldalára tapadó algák mennyiségét.

A sportolók egyik legnagyobb problémája, különösen a sok futással járó sportok esetében, az izzadás. A ruhák átnedvesednek és a testhez tapadnak, ami kellemetlen érzéshez vezet. Az elmúlt években sok erőfeszítést tettek olyan szövetek kifejlesztésére, amelyek jobb szellőzést és jobb izzadságpárologtatást tesznek lehetővé. Az egyik érdekes megoldás alapja a fenyőtoboz – a fenyőfa termése.

biomimikri stomata sportruházat

A fenyőtoboz szerkezetét befolyásolja a páratartalom. Amikor nedves lesz, pikkelyei bezáródnak, hogy megvédjék a magokat; amikor viszont megég vagy kiszárad, kinyílnak, és a magok szétterülnek a földön, várva a következő esőt. Ezt az ötletet felhasználva egy új típusú szövetet fejlesztettek ki. Apró, nedvességre érzékeny pórusokat építettek bele, de ellentétes mechanizmussal – amikor a ruha nedves lesz, a pórusok kinyílnak, és átengedik a levegőt, hogy elpárologtassák az izzadságot, és amíg száraz, addig a pórusok záródnak. Annak érdekében, hogy a sportolót megvédjék az esőtől, a ruhát kívülről egy víztaszító réteggel borítják.

Láthatjuk tehát, hogy az állat- és növényvilágban kifejlesztett mérnöki elveket a sportra is átültetik. Ezekkel a hatékony elvekkel együtt, amelyeket az emberi mérnökök talán soha nem tudtak volna önmaguktól kifejleszteni, magasabb eredményeket érhetünk el a sportban.

hirdetés

Dr. Erez Garty cikke a Davidson Institute of Science Education Weizmann Institute of Science oldalán jelent meg.

Tagek

Kommentálj

Your email address will not be published. Required fields are marked *