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2019全球仿生設計競賽,總決賽團隊公佈!

3 七月 , 2019,
Biomimicrytaiwan
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自2017年起,全球仿生設計競賽 (Biomimicry Global Design Challenge) 以「適應、減緩、翻轉氣候變遷的衝擊」為主題,募集全球大專以上青年與社會新創家,從生物機制與適存策略上找尋科技或制度設計的靈感,並提供進入總決賽的團隊獎金、一周的仿生設計訓練與一年期的育成加速器,以跨域顧問團協助自概念雛型到原型測試、甚至小規模商業化的進程。總決賽團隊將於一年後角逐最大獎10萬美元的創業基金。

2019年,全球將近100支來自17個國家的團隊中,有10支隊伍入選總決賽,分別從水處理 (都市暴雨淹水、水質污染、水源不足) 、塑膠與海洋廢棄物、農損、新材料等領域提出仿生設計,以下為作品簡介:

一、水處理

氣候急遽的變化考驗著都市建設的承載力與韌性。大樓與不透水路面的建設,縮減了自然土壤面積,導致土壤或植物吸收雨水的量減少,流到地面的水變多。極端氣候暴雨下產生的地表逕流量較過去來的大且急,都市受積淹水風險與日俱增,不僅台灣,其它國家城市非因颱風颶風造成的積淹水、甚至土石流的狀況近年越趨頻繁,進入決賽的10件作品中,便有4個團隊提出減緩都市淹水衝擊的仿生設計概念。

BryoSoil (哥倫比亞哈維里亞納天主教大學)

團隊從哥倫比亞境內的帕拉莫高原( Páramo,意為秃高原)找尋靈感,發現高山苔原(Alpine tundra)生態中的苔蘚植物(bryophytes),俱備多樣與水處理相關的功能,包含降低流速、重新引導、滲透、儲存、蒸發等。他們從羽蘚(Thuidium)、水蘚(Sphagnum moss)、曲柄蘚(Campylopus) 的細胞微型結構發展出3層幾何圖型的層架,施工以模組化方式進行,希望改良既有線型的地下管路或雨水道,兼具調節與儲存水流的功能。

bryosoil

圖一  BryoSoil概念圖

資料來源:The Biomimicry Institute

Limonene Pods (美國加州州立大學長堤分校)

  美國加州會出現所謂「野火-洪水周期 (fire and flood cycle)」。在夏季森林野火燒毀山坡,冬季則因大雨造成淹水,極端氣候下野火與洪水加劇,容易引發致命性的土石流,南加州的蒙特斯托(Montecito)於前兩年遭逢的土石流便是一例。團隊發現,土壤歷經火災後成灰,表層呈現疏水性,面臨大雨無法吸收,因此希望研發能去除土壤疏水性的裝置,他們從日本楓樹種子構造、塘鵝旋轉捕食的機制為裝置原型,再仿效侏儒蛙卵泡的生物分解性進行設計。

An Ecosystem’s Approach for City Water Management (荷蘭烏特勒支大學)

團隊針對墨西哥市的地下水道與水源供應系統進行設計。墨西哥市的水處理系統有部份為民間私營,與政府系統調和並不完善,造成暴雨淹水、但居民卻缺乏水源使用的狀況,需要一套整合不同水處理的平台。團隊藉由設計一款受淋巴腺血管內皮細胞以及澳洲魔蜥運送水份啟發的管線先收集地下水,匯聚成水窪後重新引流直接作灌溉、或民生用水淨化使用。下水排水道部份則以長頸鹿體內的迷網 (也稱細脈網,rete mirabile) 來設計,這是一種動脈和靜脈緊密相連形成的網絡,藉以吸收湧波。

Biomimetic Land Ocean Treatment System (B.L.O.T.S.) (美國、紐西蘭、德國聯隊)

冰融引發的海平面上升,使得如美國佛羅里達州的沿海城市,經歷所謂的晴天淹水(sunny day flooding)情況更加惡劣,尤其佛羅里達的地層多由多孔洞的石灰岩組成,讓該區面對海平面。團隊從小腸學習如何吸收液體、淋巴管如何被動引流、紅樹林的根部如何從水中過濾顆粒、龜甲龍與復甦蕨以及肺魚的組合上學習液體儲存之方,希望以系統性的結構、不同功能的管線組合來處理淹水。

此外,水資源不足、水質汙染也是近年來全球仿生設計競賽團隊希望解決的問題。

H2U – Hydration to You (美國加州州立大學長堤分校)

從霧中汲水使用並非創新概念,該團隊希望打造一款成本低廉的汲水裝置,讓水源匱乏的開發中國家更容易普及運用。團隊的靈感源自鴨子划水時,會在水底下產生上升的渦流將底層的沉積物往上帶,以此拉引霧氣進入裝置,再運用蜘蛛網中親疏水結構運送水份的機制以及稻葉尖端的結構將霧氣凝結成水珠來收集。

InstaBuff (美國紐約州立大學環境科學與林業學院)

日漸頻繁的暴雨將農業肥料沖刷至水體,成分中的磷,成為藍綠藻的養分來源,數量增加的結果,導致水體優氧化,水質受到汙染。團隊希望開發一款緩衝毯,來過濾肥料養分、留住水份、收集沉積物並促進植物生長來減緩農業肥料養分流入水體。他們從海樽濾食的原理、碩蓮其杯狀葉子如花環般排列的收集水份,以及洋松林木傾倒時會與斜坡成垂直角度,能從徑流收集沉積物提供植物良好的生長環境等機制,發展出包含三層結構的緩衝毯,並在底層埋入種子,將緩衝毯鋪設於水體旁,毯上植物生長後便成為一道天然的防護。

二、塑膠與海洋廢棄物

Rice Age (美國加州州立大學長堤分校)

為解決育苗的塑膠穴盤在稻米種植國家如日本,所造成的塑膠廢料問題,團隊嘗試發展一種新型穴盤。蜂窩結構的資源與空間最優化、;鼻甲是鼻腔側壁的突起,透過減慢排水來暫時保留水分,能減少水份消耗的機制;白蟻巢的空氣循環系統啟發了團隊的穴盤設計,此外,也運用稻殼再生成可生物降解的塑料來使用。

Floating Coconet (荷蘭海牙應用科技大學 )

團隊的希望從河流端開始收集廢棄物與垃圾,避免流入海洋。鬼蝠魟的前鰭會將食物推進特殊的鰓耙、食物彈進口內;象鮫透過嘴中如毛髮的構造進行濾食。 這些結構與機制讓團隊設計一款收集裝置,藉由水流推進,通過仿鰓耙特殊結構所排列的裝置裡層,來收集垃圾與廢棄物。

三、農損

Tomato’s Home (美國普拉特藝術學院)

為解決農民因作物採後處理不當,導致農損、食物浪費,團隊以奈及利亞主要作物之一的番茄為標的,嚐試設計儲藏屋。仙人掌刺的遮陰、箭袋樹的反射陽光方式、南美割草蟻茅草巢的溫度調節、沙漠蝸牛殼的隔熱方式、蚱蜢的呼吸系統、豆莢殼的防護機制,成為團隊的靈感。番茄儲藏屋主要從在地取材搭建,搭配仿生結構延長作物採後的保存,且模組化方便運送。

四、新材料

Werewool (美國新創企業Werewool)

在所有自然界的生物體中,功能和性能都是在蛋白質上進行的。有鑑於功能性紡織品的生產列名碳排與汙染嚴重的產業,Werewool團隊嘗試仿效具備功能與性能的蛋白質形狀,以及酶製造與斷裂鍵結以啟動自組裝的機制,來研發新式功能性生物材料,以仿生工程來達到顏色、拉伸和防水等功能特性,避免傳統合成纖維帶來的有害影響。初步發展為具有紅珊瑚紅螢光蛋白功能的織維,證明團隊可以保留活細胞外的蛋白質性能和功能,應用於紡織。

werewool2

圖二  Werewool 仿蛋白質形狀發展新功能材料

資料來源:The Biomimicry Institute

參考文獻:

  1. The Biomimicry Institute (Jun 27, 2019), 10 Finalist Teams Use Lessons from Nature to Create Radical Solutions to Climate Change Problems, Biomimicry Global Design Challenge Blog, retrieved Jul. 1,2019 from https://biomimicry.org/10-finalist-teams-use-lessons-from-nature-to-create-radical-solutions-to-climate-change-problems/

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