Biomimetiko estas la imitado de la modeloj, sistemoj, kaj elementoj de la naturo cele al solvi kompleksajn homajn problemojn[1] Rilata fako estasbioniko.
Vivantaj organismoj adaptas siajn strukturojn kaj materialojn tra geologia tempo per natura selektado. Biomimetiko kondukas al novaj teknologioj inspiritaj debiologiaj solvoj ĉe makro- kaj nano-skaloj. Dum historio homoj observas la naturon por serĉi solvojn al problemoj. La naturo jam solvis teknikajn problemojn, ekzemple mem-resanigaj kapabloj, tolero kaj rezisto kontraŭ mediaj fortoj,hidrofobeco, mem-konstruado, kaj kapti sunenergion.
Oni povas apliki biomimetikon al multaj kampoj. Pro la diverseco kaj la komplekso de biologiaj sistemoj, la nombro da trajtoj imiteblaj estas vasta. Oni provas evoluigi aplikaĵojn el teknologioj kiuj eble iĝos komerce utilaj.[2]Laleĝo de Murray, per kiu oni kalkulas la optimuman diametron de vaskulo, estas reformulita por kalkuli per simplaj ekvacioj, la diametron de tuboj kiu donas inĝenieran sistemon kun minimuma maso.[3]
.jpg)
Fasoniflugilon de aviadilo[4]kaj flugteknikojn[5]estas inspiritaj de birdoj kaj vespertoj. Laaerodinamika formo de la rapidega trajno serio 500Ŝinkanseno estas bazita sur la beko de la birdoalciono.[6]
Biorobotoj bazitaj sur la fiziologio kaj metodoj de lamoviĝo de la vertebruloj inkluzivas laBionicKangaroo kiu moviĝas kiel kanguruo, konservante energion el unu salto kaj transigante ĝin al la sekva salto.[7]Kamigami Robots, infana ludilo, imitas la moviĝon deblato kurante rapide trans endomaj kaj eldomaj surfacoj.[8]
Vivantaj estaĵoj adaptiĝas al la konstante ŝanĝiĝanta medio per mutacio, rekombiniĝo kaj selektado.[9]La kerna ideo de la biomimetika filozofio estas ke la loĝantoj en la naturo, inkluzivante bestojn, plantojn, fungojn kaj mikrobojn, havas la plejan sperton solvi problemojn, kaj jam trovis la plej taŭgajn metodojn daŭri sur planedo Tero.[10]Simile, biomimetika arkitekturo serĉas solvojn por daŭrigi sian ĉeeston en la naturo.
Dum la 21-a jarcento okazas grandskala malŝparado energion, pro malefikaj konstruaĵaj dezajnoj, aldone al trouzado energion dum la funkciada fazo de ĝia vivciklo.[11]Paralele, modernaj progresoj en fabrikaj teknikoj, komputila bildigo, kaj simulado, kreis novajn eblecojn imiti la naturon en diversaj arkitekturaj skaloj.[9]Rezultas rapida kreskado pri originalaj dezajnaj metodoj kaj solvoj por kontraŭi energiajn problemojn. Biomimetika arkitekturo estas unu el multaj interfakaj aliroj aldaŭripova dezajnado kiu sekvas principaron anstataŭ stilistajn kodojn, irante preter uzi la naturon kiel inspiron por la estetikaj komponantoj de konstruita formo, sed anstataŭe celi uzi la naturon por solvi problemojn pri la funkciado de la konstruaĵo kaj konservi energion.
La termino Biomimetika Arkitekturo referas al la studado kaj aplikado de konstruaj principoj trovitaj en naturaj medioj kaj specioj, kaj transformiĝas en la dezajnado daŭripovajn solvojn por arkitekturo.[9]Biomimetika arkitekturo uzas la naturon kiel modelon, mezuron kaj mentoron por atingi arkitekturajn solvojn je diversaj skaloj, kiujn inspiras naturaj organismoj kiuj jam solvis similajn problemojn en la naturo. Uzi la naturon kiel mezuron referas al uzi ekologian normon mezuri daŭrigeblon, kaj la efikecon de homfaritaj novaĵoj, dum la termino mentoro referas al lerni el naturaj principoj kaj uzi biologion kiel inspiran fonton.
Biomorfa arkitekturo, ankaŭ nomita biodekoracio,[9]aliflanke, referas al uzi formalajn kaj geometriajn elementojn trovitajn en la naturo, kiel fonton de inspiro por estetikaj apartaĵoj en dezajnita arkitekturo, kaj ne necese havi nefizikajn aŭ ekonomikajn funkciojn. Historia ekzemplo de biomorfa arkitekturo datas al la egipta, greka kaj romia kulturoj, uzante arbajn kaj plantajn formojn en la ornamado de strukturaj kolumnoj.[12]
En biomimetika arkitekturo, oni povas identigi du procedurojn: la desuba aliro (biologio puŝas) kaj desupra aliro (teknologio tiras).[13]La limo inter la du aliroj estas svaga, kaj fasonistoj povas transiri inter la du, depende de la okazo. Biomimetikan arkitekturon ĝenerale faras interfakaj teamoj, en kiuj biologoj kaj aliaj natursciencistoj kunlaboras kun inĝenieroj, materialsciencistoj, arkitektoj, dezajnistoj, matematikistoj kaj komputikistoj.
En la desuba aliro, la komenca punkto estas nova rezulto el baza biologia esplorado promesplena por biomimetika efektivigo. Ekzemple, evoluigi biomimetikan materialan sistemon post la kvanta analizado de la mekanikaj, fizikaj, kaj kemiaj trajtoj de biologia sistemo.
En la desupra aliro, oni serĉas biomimetikajn novaĵojn por jam ekzistantaj evoluigoj sukcese establitaj en la merkato. La kunlaborado koncentriĝas sur la plibonigo aŭ plua evoluigo de ekzistanta produkto.
Esploristoj studis la kapablon determitoj konservi preskaŭ konstantan temperaturon kaj humidecon en sia teramaso, en Afriko, malgraŭ eksteraj temperaturoj kiuj varias inter 1.5 °C kaj 40 °C. Esploristoj komence skanis termitejon kaj kreis tridimensiajn bildojn pri la strukturo, kiu povas influi la konstruadon dehomaj konstruaĵoj.LaEastgate Centre, mezalta oficeja konstruaĵaro enHarare,Zimbabvo,[14]restas malvarma sen klimatizado kaj uzas nur 10% de la energio de kutimaj konstruaĵoj samgrandaj.
Esploristoj inspiritaj de la natura ventolado en termitejoj dezajnis duoblan fasadon kiu reduktas la kvanton de varmo kiu eniras la konstruaĵon.Sciencistoj imitis la porecon de termitejaj muroj dezajnante fasadon kun duoblaj paneloj kiuj povas redukti radiantan varmon kaj pliigi forigon de varmo per la spaco inter la du paneloj. La suma malvarmiga ŝargo je la energio konsumata reduktiĝis je 15%.[15]
Tia fasado povas fluigi aeron per laVenturi-efekto kaj daŭre cirkuligas leviĝantan aeron en la ventoluma spaco. Oni observis signifan varmtransigon inter la ekstera muro de la konstruaĵo kaj aero fluanta preter ĝi.[16]Oni ankaŭ studis la subterajn tunelojn denigravostaj cinomusoj (Cynomys ludovicianus). Tiuj ronĝuloj kreas sistemon de tuneloj, tiel ke aero fluas tra la tuneloj por malvarmigi ilin. Por instigi aercirkuladon, cinomusoj konstruas tunelojn kun la enirejo kaj elirejo ĉe malsamaj altoj. Eĉ eta vento kreas zonon de alta premo apud la malpli alta malfermaĵo, tiel tirante aeron en la tunelon. Ĉe la pli alta malfermaĵo de la tunelo, aliflanke, troviĝas malalta premo kiu suĉas aeron el la tunelo.[17]
Plue,fasadverdigado ebligas pluan naturan malvarmigon per vaporigo, kaj spirado de plantoj. La humida planta subtavolo pli subtenas malvarmigon.[18]
Sciencistoj ĉe laUniversitato de Ŝanhajo kopiis la kompleksan mikrostrukturon de argila kondukila reto en la termitejo por imiti bone regi humidon.[19][20]
En struktura inĝeniertekniko, la Svisa Federacia Instituto de Teknologio (EPFL) enkorpigis biomimetikajn trajtojn en adaptivatensiintegreca ponto. Ĝi povas diagnozi sin kaj ripari sin.[21]
La aranĝo de la folioj de plantoj adaptiĝas por pli bone kolekti sunajn radiojn.[22]Kiam polenanta besto eksidas sur tubsimila parto de la floroStrelitzia reginae, tiu parto kurbiĝas. Sciencistoj ĉe la Universitatoj de Freiburg kaj Stuttgart analizis tion, kaj tiam kreis senartikan ŝirmilon kiu povas reagi al sia medio.[23][24]
Alia senartika biomimetika sistemo estas Flectofold. Ĝiajn kreintojn inspiris la kaptila sistemo de la karnovora plantoAldrovanda vesiculosa.[25]
Oni bezonas novajn strukturaj materialojn kiuj estas malpezaj sed povas havi esceptajn kombinaĵojn derigideco, forto, kajrezisto.
Tiaj materialoj fabrikiĝus sufiĉe grandaj kun kompleksaj formoj, en grandaj kvantoj kaj je malalta kosto, kaj servus diversajn fakojn, ekzemple konstruadon, transportadon, energikonservadon kaj konvertadon.[26]En klasika fabrikproblemo, forteco kaj rezisto pli probable estus reciproke ekskluzivaj, t.e., fortaj materialoj estas rompiĝemaj kaj rezistaj materialoj estas malfortaj. Tamen, naturaj materialoj, kun kompleksaj kaj hierarkiaj materiaj gradientoj kiuj varias internanoskalo kaj makroskalo, estas kaj fortaj kaj rezistaj. Ĝenerale, plejmultaj naturaj materialoj utiligas malmultajn kemiajn komponantojn sed kompleksajn arkitekturojn kiuj donas esceptajn mekanikajn atributojn. Kompreni la tre diversajn kaj plurfunkciajn biologiajn materialojn, kaj malkovri metodojn kopii tiajn strukturojn, kondukos al elstaraj kaj efikaj teknologioj.Osto,perlamoto (ŝelo de halioto aŭ ostro), dentoj, la daktilaj klaboj desalikoketo, kajbambuo estas taŭgaj ekzemploj damaĝtoleraj materialoj.[27]
La escepta rezisto kontraŭfrakturo de osto rezultas de kompleksaj deformaj kaj rezistaj mekanismoj kiuj funkcias je diversaj skaloj - ekzemple la nanoskalo de proteinaj molekuloj ĝis makroskopaj fiziologiaj skaloj.[28]
Perlamoto elmontras similajn mekanikajn atributojn kun pli simpla strukturo. Perlamoto elmontras kvazaŭ brikan kaj morteran strukturon kun minerala tavolo (0.2∼0.9-μm) de pakitaj aragonitaj strukturoj, kaj pli maldika organika ŝablono (∼20-nm).[29]Dum oni jam fabrikas filmojn kaj mikrometrograndaj provekzemplerojn, kiuj imitas tiajn strukturojn, sukcesa fabrikado grandkvante de biomimetikaj strukturaj materialoj ankoraŭ ne estas atingita. Tamen, multaj procedoj diskutiĝas por produkti perlamotsimilajn materialojn.[27]
Biomorfa mineraligo estas tekniko kiu produktas materialojn, kun morfologio kaj strukturo simila al tiujn de naturaj vivantaj organismoj, uzante biostrukturojn kiel ŝablonojn por mineraligo. Kompare al aliaj metodoj por produkti materialojn, biomorfa mineraligo estas facila, ekologie sendanĝera kaj ekonomia.[30]
Glaciŝablono estas malmultekosta metodo por imiti naturajn tavolajn strukturojn. Esploristoj uzis ĝin por krei aluminion-Al-Si kaj IT-HAP-epoksi-tavolajn komponaĵojn kiuj imitas la mekanikajn atributojn de osto kun ekvivalenta rilatumo minerala / organika.[31]Pluaj studoj[32][33][34][35] utiligis similajn metodojn por produkti komponaĵojn kun alta fortiko kaj alta rezisto, kun diversaj komponaj fazoj.
Postaj studoj demonstris la produktadon de koheraj kaj memsubtenantaj makroskopaj histaĵoj kiuj imitasvivantan histon presante dekmilojn da heterologaj pikolitraj gutetoj en programe difinitaj, tridimensiaj, milimetroskalaj geometrioj.[36]Oni ankaŭ strebas imiti la perlamoton en artefaritaj komponaĵoj uzante fande deponan modeligon[37]kaj la helicoidaj strukturoj de la klaboj desalikoketoj en la fabrikado de speciale kapablajkarbonfibraj-epoksiaj komponaĵoj.[38]
Oni ankaŭ utiligas diversajn establitajn kaj novecajn aldonantajn fabrikajn metodojn, ekzemple PolyJet-presadon, rektan inkskribadon, 3-D magnetan presadon, plurmaterialan magnete asistata 3-D presadon kaj magnete asistatamuldado por imiti la kompleksajn mikroskalajn arkitekturojn de naturaj materialoj, kaj por etendi la amplekson por estontaj studoj.[39][40]
La silko dearaneoj estas pli fortika olKevlaro uzata enkuglorezista veŝto.[41]Inĝenieroj principe povus uzi tian materialon, se oni povus projekti ĝin por sufiĉe longa vivdaŭro, por paraŝutaj ŝnuroj, suspensipontaj kabloj, artefaritaj ligamentoj por medicino, kaj aliaj celoj.[42]La memakrigajn dentojn de multaj bestoj oni kopiis por fari pli bonajn tranĉajn ilojn.[43]
Novan ceramikaĵojn kiuj elmontras gigantan elektran histerezon oni realigis.[44]
Neŭronajkomputiloj kaj sensiloj estas elektraj iloj kiuj kopias la strukturon kaj funkcion de biologiajneŭronoj por komputi. Unu tia ekzemplo estas laeventa kamerao en kiu nur la bilderoj kiuj ricevas ŝanĝitan signalon ĝisdatiĝas al nova stato. Ĉiuj aliaj bilderoj restas konstantaj ĝis ŝanĝita signalo riceviĝas.[45]
En ĝeneralaj biologiaj sistemoj, materialo riparas sin per kemiaj signaloj eligitaj ĉe la situo de rompiĝo, kiuj instigas sisteman reagon, kiu transportas riparilojn al la rompiĝo, tiel akcelante aŭtonoman riparon.[46] Por montri la uzadon de mikrovaskulaj retoj por aŭtomata riparado, esploristoj evoluigis mikrovaskulan tego-subtavolan arkitekturon, kiu imitas homan haŭton.[47] Evoluis bioinspiritaj, memsanigaj, strukturaj, koloraj hidroĝeloj, kiuj daŭrigas la stabilecon de inversopala strukturo kaj ĝiaj rezultaj strukturaj koloroj.[48] Evoluis memriparanta membrano, inspirita de rapidaj memriparaj procedoj en plantoj, por pneŭmataj, malpezaj strukturoj, ekzemple kaŭĉukaj boatoj aŭ Tensairity-konstruaĵoj. La esploristoj aplikis maldikan, molan, ĉelan, poliuretan-ŝaŭman tegon sur la interno de teksaĵa subtavolo, kiu fermas la fendon, se la membranon oni pikas per pikaĵo.[49]Memsanigaj materialoj,polimeroj kajkunmetitaj materialoj kapablas ripari fendon, produktiĝis baze de biologiaj materialoj.[50]
La memriparaj proprecoj estas atingeblaj rompante kaj reformante hidrogenajn ligojn je cikla streĉo de la materialo.[51]
Materialo kiu imitas proprecojn de ŝarka haŭto celas ebligi pli efikan movadon tra akvo. Oni strebis krei teksaĵon kiu imitas la haŭton deŝarko.[3][52]
La biomimetikon desurfaca tensio oni esploras por teknologioj kielhidrofoba aŭhidrofila tegoj kaj mikroaktivigiloj.[53][54][55][56][57]
Iuj amfibioj, ekzemple lahilo kaj la arbasalamandro, povas adheri al, kaj moviĝi trans, malseka aŭ eĉ inunditaj medioj sen fali. Tiaj organismoj havas piedfingrajn kusenetojn kiuj estas daŭre malsekaj pro muka sekrecio el glandoj kiuj malfermas al kanaletoj inter epidermaj ĉeloj. Ili adheras al kongruaj surfacoj per malseka adherado kaj ili kapablas grimpi sur malsekaj rokoj eĉ kiam akvo fluas trans la surfaco.[58] La tegaĵo depneŭo estas inspirita de la piedfingraj kusenetoj de hiloj (ranoj).[59]
Lamitulo povas facile adheri al surfacoj sub la maro sub la severaj kondiĉoj de la oceano. Mituloj uzas fortikajn fadenojn por adheri al rokoj en la intertajda zono de ondobalaata plaĝo, malebligante ke ili estu forigataj age de fortaj maraj kurentoj. La proteinoj de la piedo de la mitelo alligas la fadenojn al la rokoj, boatoj kaj preskaŭ iu ajn surfaco en la naturo. Tiuj proteinoj enhavas miksaĵon deaminoacidaj reziduoj kiu estas speciale adaptita por adheri. Esploristoj kopiis kaj simpligis la kemion kiun uzas la mitelpiedo por superi la inĝenieran problemon pri malseka adhero, kreante kunpoliamfolitojn,[60] kaj unukomponantan gluon[61] kiu havas eventualecon utiliĝi ennanoteknologio.
Kruraj alligaj kusenetoj de pluraj bestoj, inklude de insektoj (ekz-e laskarabo kaj lamuŝo),araneoj kajlacertoj (ekz-e lageko) kapablas alligi al diversaj surfacoj kaj uziĝas por moviĝi, eĉ sur vertikalaj muroj aŭ trans plafonoj. Alligaj sistemoj de tiuj organismoj havas similajn strukturojn ĉe siaj terminalaj elementoj kontaktaj, kiuj nomiĝasaristo. Tiaj biologiaj ekzemploj inspiris produkti grimpivajn robotojn,[62] botojn kaj bendon.[63] Oni ankaŭ produktis sintezajn aristojn por sekaj adherantoj.
Biomimetikaj materialoj pli kaj pli gajnas atenton en la kampoj deoptiko kajfotoniko. Malmulton oni scias pri fotonikaj kaj biomimetaj produktoj inspiritaj de plantoj aŭ bestoj. Tamen, kompreni kiel la naturo fasonis tiajn optikajn materialojn per biologiaj rimedoj meritas pluan studadon kaj eble kondukos al pliaj komercaj produktoj.
..jpg)
Lakiralamemkonstruado de celulozo, inspirita de la beroPollia condensata,ekspluiĝas por fari optike aktivajn filmojn.[64][65] Tiaj filmoj fariĝas el celulozo, kiu estas biomalkomponebla kaj biobazita rimedo el lano kaj kotono. La strukturaj koloroj povas daŭri eterne kaj havas pli vervajn kolorojn ol tiuj akiritaj per kemia lumsorbo.Pollia condensata ne estas la sola frukto kiu havas strukturan koloran ŝelon; irizeco ankaŭ troviĝas en beroj de aliaj specioj, ekzempleMargaritaria nobilis.[66] Ĉi tiuj fruktoj havas irizajn kolorojn en la blua-verda gamo de la videbla spektro, kiu donas al la frukto fortan, metalan, kaj brilan aspekton.[67] La strukturaj koloroj venas de la organizo de celulozaj ĉenoj en la epikarpo (parto de la ŝelo) de la frukto.[67] Ĉiu ĉelo de la epikarpo konsistas el tavolara koverto kiu kondutas kielBragg-reflektilo. Tamen, la lumo reflektita de la ŝelo de tiuj fruktoj ne estas polarizita, kontraŭe al tiu el homfarita kopio de la memkonstruado de celulozaj nanokristaloj en helikoidoj, kiuj reflektas nur livecirkle polarizitan lumon.[68]
La frukto deElaeocarpus angustifolius ankaŭ havas strukturan koloron, kiu venas de la specialaj ĉeloj nomitaj irizosomoj kiuj havas tavolaran strukturon.[67] Similaj irizosomoj troviĝas enDelarbrea michieana fruktoj.[67]
En plantoj, tavolaraj strukturoj troviĝas ĉe la surfaco de folioj (sur la epidermo), kiel enSelaginella willdenowii[67] aŭ en specialaj intraĉelajorganeloj, la tielnomataj irizoplastoj, kiuj situas en la ĉeloj de la supra epidermo.[67] Ekzemple, la pluvarbaraj plantojBegonia pavonina havas irizoplastojn en la epidermaj ĉeloj.[67]
Strukturaj koloroj ankaŭ troviĝas en pluraj algoj, ekzemple en la ruĝalgoChondrus crispus (Irlanda musko aŭ karagena musko).[69]
Struktura kolorado produktas la ĉielarkajn kolorojn desapvezikoj, la flugilojn de papilioj kaj la skvamojn de multaj skaraboj.[70][71] Fazapartigon oni uzis por fabriki ultra-blankajndispersajn membranojn elpolimetilmetakrilato, imitante laskarabonCyphochilus.[72] Oni povas fasoniLED-lampojn imitante la aranĝon de skvamoj sur la abdomeno delampiroj, plibonigante ilian efikecon.[73]
La flugiloj de papilioj de la genroMorpho estas strukture koloritaj kaj tio produktas vervan bluon kiu ne varias laŭ la vida angulo.[74] Eblas imiti tiun efekton per diversaj teknologioj.[75] La fabrikanto de aŭtomobiloj,Lotus Cars, asertis ke ili evoluigis farbon kiu imitas la strukturan bluan koloron de laMorpho-papilio.[76] En 2007, Qualcomm, usona kompanio kiu fabrikas duonkonduktilojn, fabrikasinterferometran modulan ekranon, "Mirasol", uzanteMorpho-ecan optikan interferon.[77] En 2010, la modistino Donna Sgro faris robon elMorphotex deTeijin-fibroj, netinkturita teksaĵo el strukture koloritaj fibroj, imitante la mikrostrukturon de la skvamoj deMorpho-papilio.[78][79][80][81][82]
Canon Inc., en sia struktura tegoSubWavelength uzas kojnaformajn strukturojn samgrandajn ol la ondolongo de videbla lumo. La kojnoformaj strukturoj kaŭzas kontinue ŝanĝiĝantan refraktan indicon dum lumo moviĝas tra la tego, signife reduktantelensan flagron. Tio imitas la strukturon de la okulo de noktopapilio.[83][84]Famuloj kiel la fratoj Wright kaj Leonardo da Vinci provis kopii la flugadon de birdoj.[85] Penante redukti aviadilan bruon, esploristoj rigardis la antaŭan eĝon de strigaj plumoj, kiuj havas aron de aletoj aŭskapoj adaptitaj por dispersi aerodinamikan premon kaj provizi preskaŭ silentan flugadon al la birdo.[86]
Holisma planita paŝtado, uzante barilojn kaj/aŭpaŝtistojn, celas restaŭriherbejojn, zorge planante movi grandajngregojn da brutoj por imiti la vastajn gregojn en la naturo. La natura sistemo imitata, kaj uzata kiel ŝablono, estas paŝtantaj brutoj, koncentritaj de predantaj hordoj, kiuj manĝas, tretas kaj sterkas la starejon, kaj poste devas moviĝi for kaj reveni nur kiam ĝi restaŭriĝis. Ĉi tiu metodo de paŝtado[87] havas bonan prospekton plibonigi grundojn[88] pliigi biodiversecon,[89] inversigi dezertiĝon,[90] kaj mildigi klimatan ŝanĝiĝon,[91][92] simile al tio, kio okazis dum la lastaj 40 milionoj da jaroj dum la etendado de herbo-paŝtantaj ekosistemoj konstruis profundajn grundojn, sekvestrante karbonon kaj malvarmigante la planedon.[93]
Permakulturo estas principaro bazita sur tutsistema pensado, simulante aŭ rekte utiligante la ŝablonojn kaj resiliencajn trajtojn observitajn en la naturajekosistemoj. Ĝi aplikiĝas al kreskanta nombro da kampoj deregenera agrikulturo, resovaĝigi terenojn, komunumo, kaj organiza planado.
Iujklimatiziloj uzas biomimetikon pri siaj ventumiloj por pliigi aeran fluadon kaj malpliigi povokonsumadon.[94][95]
Iuj teknologiistoj konjektis, ke la funkciado devakuolaj ĉeloj estas uzeblaj por fari tre adapteblajn sekurecajn sistemojn.[96] "La funkciado de vakuolo, biologia strukturo kiu gardas kaj akcelas kreskadon, iluminas la valoron de adaptiĝemo kiel gvida principo por sekureco." La funkcioj kaj signifo de vakuoloj estasfraktalaj nature, laorganelo havas nenian bazan formon aŭ grandecon; ĝia strukturo varias laŭ la bezonoj de la ĉelo.Vakuoloj ne nur izoligas minacojn, entenante se necese, eligante rubon, daŭrigante premon — ili ankaŭ helpas la ĉelon skaligi kaj kreski. Johl argumentas ke tiuj funkcioj necesas por fasoni ajnan sekurecan sistemon.[96] LaŜinkanseno, Serio 500 uzis biomimetikon por redukti energikonsumadon kaj bruon, dum pliigante la komforton de pasaĝeroj.[97] Rilate vojaĝadon en la kosmo,NASA (usona organizo pri kosma eksplorado) kaj aliaj kompanioj strebas evoluigi svarmecajn kosmajn senpilotajn aviadilojn, inspirite de abelaj kondutmanieroj, kaj teraj senpilotaj aviadiloj fasonitaj laŭ dezertaj araneoj.[98]
Protein-faldado uziĝis por regi materian formadon poraŭtonome konstruataj funkciaj nanostrukturoj.[99] La pelto de lablanka urso inspiris la fasonadon de termikaj kolektiloj kaj vestoj.[100] Oni studis la lumrefraktajn proprecojn de la okuloj de noktopapilioj cele al redukti la reflekivon de sunĉeloj.[101]
La potenca forpeliva ŝprucaĵo de lagrundoskarabo inspiris svedan kompanion evoluigi nebuletan teknologion, kiu, ili asertas, havas malaltan karbonefikon (kompare alaerosolaj nebuletoj). La skarabo miksas kemiaĵojn kaj eligas sian ŝprucaĵon tra direkteblaajuto ĉe la ekstremaĵo de sia abdomeno, brulante kaj konfuzante la viktimon.[102]
Plejmultajvirusoj havas eksteran kapsulon kies diametro estas 20 ĝis 300 nm. Virusaj kapsuloj estas rimarkinde fortikaj kaj kapablas kontraŭstari temperaturojn ĝis 60 °C; ili estas stabilaj tra lapH-gamo 2—10.[30] Virusaj kapsuloj estas uzeblaj por krei nanoilajn komponantojn, ekzemple nanodratojn,nanotubojn kaj kvantumajn punktojn. Tubformaj virusaj partikoj, ekzemple latobaka mozaika viruso estas uzeblaj kiel ŝablonoj por krei nanofibrojn kaj nanotubojn, ĉar kaj la internaj kaj la eksteraj tavoloj de la viruso estas ŝargitaj surfacoj, kiuj povas nukleigi kristalan kreskadon. Tio montriĝis per la produktado de nanotuboj elplateno kajoro, uzante TMV kiel ŝablonon.[103] Oni montris ke mineraligitaj virusaj partikloj povas elteni diversajn pH-valorojn mineraligante la virusojn per diversaj materialoj, ekzemple silicio, plumba(II)sulfido, kajkadmia sulfido (CdS) do tial ili povas servi kiel utilaj portantoj de materialo.[104] La sfera planta virusoen:cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) (cowpea estasVigna unguiculata, kloroza jaspeca viruso) havas interesajn etendajn proprecojn en medioj kie pH > 6,5. Super tiu pH, 60 sendependaj poroj, kun diametro ĉirkaŭ 2 nm, komencas interŝanĝi substancon kun la ĉirkaŭaĵo. Eblas uzi la strukturan transiron de la virusakapsido enbiomorfa mineraligo por selekta alprenado kaj deponado de mineraloj, regante je la pH de la solvaĵo. Eblaj aplikaĵoj inkludas uzi la virusan kaĝon por produkti uniformajn (laŭ formo kaj grando) kvantumpunktajn,duonkonduktantajn nanopartiklojn, per serio de pH-lavadoj. Tio estas alternativo al laapoferitino-kaĝa tekniko aktuale uzata por sintezi uniformajn CdSe-nanopartiklojn.[105] Tiaj materialoj estas uzeblaj por celite liveri medikamenton, ĉar partikloj ellasas enhavon je elmeto al specifaj pH-niveloj.