Naturen kan lide spiraler, fra galakser til skaller. Jay Harmon brugte en naturlig spiral til at designe en "frosset boblebad" til at holde vandtanke rene uden kemikalier.
Naturen kan lide spiraler, fra boblebad eller orkaner, til den måde sap flyder op i en plante til form af et menneskeligt hjerte. Opfinderen Jay Harmon fra ingeniørforsknings- og produktdesignfirmaet PAX Scientific Inc. brugte denne arketypiske form fra naturen til at designe en ”frosset boblebad” som den roterende del af en maskine eller pumpe. Harmons frosne boblebad, i størrelsesordenen på din hånd, kan røre ti millioner gallon vand i en opbevaringstank med bare et par lyspærer 'værd af kraft. Dette design holder vandtanke rene uden brug af klor eller andre kemikalier. Harman arbejder nu på at skalere sit frosne boblebad for at rense luften i en hel by. Dette interview er en del af en speciel EarthSky-serie, Biomimicry: Nature of Innovation, produceret i partnerskab med Fast Company og sponsoreret af Dow.
Fortæl os om ideen om biomimik ... hvad er det?
Bioimicry søger naturen efter problemer, som menneskeheden står overfor. Naturen er ren, grøn og bæredygtig. Menneskelig industri er ikke på dette tidspunkt. Og vi er virkelig nødt til at foretage den ændring.
Det er inspireret af mig, fordi jeg elsker naturen, og jeg elsker at være i havet. Jeg har været fascineret af, hvor elegant naturen er i design, siden jeg var et lille barn. Jeg blev lige fascineret, og jeg har brugt hele mit liv på at studere naturen og anvende hendes principper til at løse menneskelige problemer.
Hvad inspirerede i naturen en af dine første opfindelser til PAX Scientific, den strømlinede mixer? Hvordan virker det? Hvorfor er det vigtigt?
Jeg tror, jeg blev først inspireret, da jeg var et lille barn, og jeg svømte langs klipper og rev, med min ansigtsmaske på og så på fisk. En bølge ville komme med, og jeg blev fejet på klipperne. Jeg ville gribe nogle tang for at forhindre mig i at blive skubbet ind på klipperne. Tangene, jeg fandt, var meget skrøbelige og brydes let. Men jeg bemærkede også, at selv i de vildeste storme, vinterstorme med store bølger, hænger disse tang helt fint. Det fascinerede mig virkelig.
I løbet af en årrække bemærkede jeg, at alle disse tang ændrede deres form til stien med mindst modstand, mindst træk. Så når vandet går forbi, ser du disse tang svøbe og svaje. Det ser ud som det er kaotisk, ligesom grene i vinden. Men hvis du ser på dem tæt nok, tilpasser de alle sig til den samme spiralveje. Og den spiral er nøjagtigt den samme spiral, som du ser i dit badekar, når du trækker stikket ud, når du ser den boblebad. Det er naturens vej til mindst modstand og mindst træk.
Da jeg så disse tang, begyndte jeg at ændre formerne for kanoer, som jeg lavede som barn. De var temmelig grove kanoer, bare lavet af gammelt bølgeblik. Jeg hamrede dem i formen af disse hvirvler, og jeg fandt, at de var lettere at padle. Så tilbragte jeg en hel del år med afdelingen for fiskeri og dyreliv i Australien, og jeg studerede disse hvirvlende mønstre i alle mulige ting, fra den måde fiskene svømmer til den måde fuglene flyver, insekter flyver osv. Og det forekom mig, at hvis jeg kunne omvendt konstruere en enkelt boblebad, hvis jeg kunne trække stikket ud af mit bad og fryse det boblebad og omvendtingeniør det, ville jeg virkelig have noget, som jeg kunne tilpasse mig til alle mulige ting.
Billedkredit: flikr
Det tog mig 20 år at finde ud af, hvordan jeg fryser et boblebad. Jeg kunne ikke finde nogen matematikere eller fysikere eller ingeniører, der kunne give mig de matematiske konstruktioner af en enkelt boblebad. Jeg fryser en til sidst omvendt ingeniør af den. Når jeg havde haft den faste frosne boblebad, fandt jeg, at hvis jeg satte den i vand eller luft og roterede den, ville det skabe en perfekt boblebad.
Hvad var den første ting du brugte det til?
Billedkredit: Pax Scientific
Hvis du tænker på vandforsyningen i de fleste vestlige byer, især i Amerika, er der store store holdetanke, millioner af gallon, de kunne være fem millioner, ti millioner gallon vand. Det vand bliver stillestående, hvilket ikke er en god ting. Så kommunerne, der administrerer dette vand, skal sætte klor og kloraminer i vandet. De er kræftfremkaldende, eller de skaber andre problemer. Problemet løses bedre ved at blande dette vand. Men hvordan blander du det effektivt? I øjeblikket generelt over hele verden, hvis du vil blande vand, er det meget dyrt. Typisk pumper du vand ud af en tank i en anden og tilbage igen. For ti millioner gallon vand er det meget energi. Og det blander virkelig ikke vandet så godt.
Jeg lagde en af disse frosne boblebad i bunden af en af disse tanke. Jeg drejede den med et par hundrede watt strøm, et par lyspærer med kraft, og jeg fandt, at det var i stand til at blande en hel tank vand, 10 millioner gallon, som fra et teknisk synspunkt ikke engang er tænkeligt muligt . Men vi er i stand til at bevise det igen og igen. Nu er vi i flere hundrede af disse tanke i hele Amerika og i nogle andre lande. Dette fungerer 100 procent effektivt i hvert af disse tilfælde.
Derfra begyndte jeg at tilpasse disse former til fans. Fans bruger 18 procent af verdens elektriske energi. De er ikke meget effektive. Vi fandt gang på gang, at du kan tage den bedste fan i verden og reducere dens energi med så meget som 30 procent og dens støj med næsten halvdelen.
Rose Galaxy. Billedkredit: NASA, ESA og Hubble Heritage Team (STScI / AURA)
Og så tog vi det derfra og gik til alle mulige andre applikationer - propeller og pumper, formen på både, formen på fly, formen på vindmøller. Det gælder alt, hvor der er strømme. Så stort set alt i den industrielle verden kan forbedres ved at tage disse former fra naturen og konfigurere, hvad ingeniører bygger i dag.
Og en anden ting er, at med et boblebad, roterer alt det, der strømmer ind i boblebadet, udefra, ind i boblebadet, og det suges ind. Vi siger på PAX Scientific “Naturen suger”, fordi det faktisk gør. Når du er på stranden og føler brisen i dit ansigt, er årsagen til denne brise ikke foran dig, noget der skubber brisen til dig. Årsagen til det er bag dig. Der er et lavtrykssystem et sted i atmosfæren bag dig. Der er nogle store virvelstrukturer, nogle boblebad i atmosfæren, der suger luften ind. Og du oplever det som en leg. Hver boblebad i vores univers fungerer efter dette princip.
Når man ser på, hvordan mennesker bygger fans og pumper og mixere og alt det andet, der roterer, suger de ikke. De smider. De kaster faktisk væskerne udad i stedet for at trække dem indad. Ved at kaste dem ud skaber de et lavt tryk, så de faktisk suger ud af røret. Men det er absolut ikke den måde, naturen designet det på. Mennesker bruger centrifuger. Naturen bygger centripetalsystemer. Det er det modsatte. Og det er det, jeg har brugt i disse mixere.
De kan også bruges i atmosfæren. Vi laver et avanceret forskningsprojekt lige nu på universiteter i USA for at vise, at vi kan skabe en af disse termaler i atmosfæren og påvirke et meget stort område op til 20.000-25.000 fod højt og 20 mil i diameter. Vi kan gå til steder som L.A. og Mexico City eller Beijing eller Teheran, der har enorme inversionslag og frygtelig forurening, fordi al denne forurening er fanget i et bassin. Alle disse byer har høje bakker omkring dem og ikke nok vind. Mens de fleste byer skaber forurening - hver by skaber forurening, at forureningen stiger på termalerne og derefter spredes over resten af kontinentet eller over havet. Hver by i verden gør det bortset fra disse særlige, som jeg lige har nævnt.
Billedkredit: Chris 73
Og hvad vi har vist - vi har modelleret dette på computere og bestemt demonstreret det tydeligt i vand - vi kan placere et af disse enheder i en by som Beijing og forårsage dette cirkulationsmønster. Vi fremskynder bare, hvad naturen gør allerede, fordi disse mønstre allerede findes over byer som Los Angeles eller Beijing, de er bare ikke magtfulde nok. De tager ikke denne fangede luft op så høj, at den kan spredes. Vi demonstrerer, at vi kan gøre det med en meget lille enhed og en meget lille mængde energi. Så dette er en løsning for byer som Teheran, Beijing og Mexico City, der har enorme sundhedsmæssige problemer med luftvejssygdomme. Vi kan hjælpe disse mennesker ved at finpusse naturen.