Die Natur mag Spiralen, von Galaxien bis zu Muscheln. Jay Harmon entwarf mit einer natürlichen Spirale einen „gefrorenen Whirlpool“, um Wassertanks ohne Chemikalien sauber zu halten.
Die Natur mag Spiralen, von Strudeln oder Wirbelstürmen über die Art und Weise, wie Saft eine Pflanze hinauffließt, bis hin zur Form eines menschlichen Herzens. Der Erfinder Jay Harmon vom technischen Forschungs- und Produktdesignunternehmen PAX Scientific Inc. verwendete diese archetypische Form der Natur, um einen „gefrorenen Whirlpool“ als rotierenden Teil einer Maschine oder Pumpe zu konstruieren. Harmons gefrorener Whirlpool, ungefähr so groß wie Ihre Hand, kann zehn Millionen Gallonen Wasser in einem Speichertank mit nur ein paar Glühbirnen umrühren. Diese Konstruktion hält die Wassertanks sauber, ohne dass Chlor oder andere Chemikalien verwendet werden. Harman arbeitet jetzt daran, seinen gefrorenen Whirlpool zu vergrößern, um die Luft einer ganzen Stadt zu reinigen. Dieses Interview ist Teil einer speziellen EarthSky-Reihe, Biomimicry: Nature of Innovation, die in Zusammenarbeit mit Fast Company erstellt und von Dow gesponsert wurde.
Erzählen Sie uns von der Idee der Biomimik… was ist das?
Die Bioimikry sucht in der Natur nach Problemen, mit denen die Menschheit konfrontiert ist. Die Natur ist sauber, grün und nachhaltig. Menschliche Industrie ist in diesem Stadium nicht. Und wir müssen diese Änderung wirklich vornehmen.
Es hat mich inspiriert, weil ich die Natur liebe und gerne am Meer bin. Ich war fasziniert davon, wie elegant die Natur beim Design ist, seit ich ein kleines Kind war. Ich war einfach fasziniert und habe mein ganzes Leben damit verbracht, die Natur zu studieren und ihre Prinzipien zur Lösung menschlicher Probleme anzuwenden.
Was in der Natur hat Sie zu einer Ihrer ersten Erfindungen für PAX Scientific, den stromlinienförmigen Mischer, inspiriert? Wie funktioniert es? Warum ist es wichtig?
Ich glaube, ich war das erste Mal begeistert, als ich ein kleines Kind war, und ich schwamm mit meiner Gesichtsmaske an Felsen und Riffen entlang und beobachtete Fische. Eine Welle würde kommen und ich würde auf die Felsen geschwemmt werden. Ich würde mir Algen schnappen, um nicht auf die Felsen geschoben zu werden. Die Algen waren sehr zerbrechlich und brachen leicht. Mir ist aber auch aufgefallen, dass selbst bei den wildesten Stürmen, Winterstürmen mit riesigen Wellen, diese Algen gut anhaften. Das hat mich wirklich fasziniert.
Über einen Zeitraum von Jahren bemerkte ich, dass all diese Algen ihre Form auf den Weg des geringsten Widerstands und des geringsten Widerstands änderten. Wenn das Wasser vorbei geht, sehen Sie diese Algen wirbeln und schwanken. Es sieht aus wie chaotisch, genau wie Äste im Wind. Wenn Sie sie sich jedoch genau ansehen, passen sie sich alle demselben spiralförmigen Pfad an. Und diese Spirale ist genau die gleiche Spirale, die Sie in Ihrer Badewanne sehen, wenn Sie den Stecker herausziehen, wenn Sie diesen Whirlpool sehen. Dies ist der Weg des geringsten Widerstands und des geringsten Widerstands.
Als ich diese Algen sah, begann ich, die Formen der Kanus zu ändern, die ich als Kind baute. Es waren ziemlich raue Kanus, nur aus altem Wellblech. Ich habe sie in die Formen dieser Wirbel gehämmert und festgestellt, dass sie leichter zu paddeln sind. Dann verbrachte ich einige Jahre in der Abteilung für Fischerei und Wildtiere in Australien und studierte diese Wirbelmuster in allen möglichen Dingen, von der Art, wie Fische schwimmen, bis zur Art, wie Vögel fliegen, Insekten fliegen usw. Und so Mir fiel ein, dass ich, wenn ich einen einzelnen Whirlpool rückentwickeln könnte, wenn ich den Stopfen aus meinem Bad ziehen und diesen Whirlpool einfrieren und rückentwickeln könnte, wirklich etwas hätte, das ich an alle möglichen Dinge anpassen könnte.
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Ich habe 20 Jahre gebraucht, um herauszufinden, wie man einen Whirlpool einfriert. Ich konnte keine Mathematiker, Physiker oder Ingenieure finden, die mir die mathematischen Konstrukte eines einzelnen Whirlpools geben könnten. Ich habe einen eingefroren und schließlich einen Reverse-Engineering-Vorgang durchgeführt. Sobald ich diesen festen gefrorenen Whirlpool hatte, stellte ich fest, dass, wenn ich ihn in Wasser oder Luft tauchte und drehte, er einen perfekten Whirlpool erzeugen würde.
Was war das erste, wofür du es benutzt hast?
Bildnachweis: Pax Scientific
Wenn Sie an die Wasserversorgung in den meisten westlichen Städten denken, insbesondere in Amerika, gibt es große Vorratstanks, Millionen von Gallonen, es könnten fünf Millionen, zehn Millionen Gallonen Wasser sein. Nun, das Wasser steht still, was nicht gut ist. Die Gemeinden, die dieses Wasser verwalten, müssen also Chlor und Chloramine ins Wasser geben. Sie sind krebserregend oder verursachen andere Probleme. Das Problem wird besser durch Mischen dieses Wassers gelöst. Aber wie mischt man es effizient? Derzeit ist es weltweit sehr teuer, Wasser zu mischen. Normalerweise pumpen Sie Wasser aus einem Tank in einen anderen und wieder zurück. Für zehn Millionen Gallonen Wasser ist das eine Menge Energie. Und es mischt das Wasser wirklich nicht so gut.
Ich stellte einen dieser gefrorenen Whirlpools in einen dieser Tanks. Ich drehte es mit ein paar hundert Watt Leistung, ein paar Glühbirnen Leistung und fand heraus, dass es in der Lage war, einen ganzen Wassertank von 10 Millionen Gallonen zu mischen, was aus technischer Sicht nicht einmal vorstellbar ist . Aber wir können es immer wieder beweisen. Jetzt sind wir in mehreren hundert dieser Panzer in ganz Amerika und in einigen anderen Ländern. Dies funktioniert in jedem dieser Fälle zu 100 Prozent.
Von da an passte ich diese Formen an die Fans an. Fans verbrauchen 18 Prozent der weltweiten elektrischen Energie. Sie sind nicht besonders effizient. Wir haben immer wieder festgestellt, dass Sie den besten Lüfter der Welt nehmen und dessen Energie um bis zu 30 Prozent und dessen Geräusch um fast die Hälfte reduzieren können.
Rosen-Galaxie. Bildnachweis: NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI / AURA)
Und so nahmen wir es von dort und gingen zu allen möglichen anderen Anwendungen - Propellern und Pumpen, der Form von Booten, der Form von Flugzeugen, der Form von Windkraftanlagen. Es gilt für alles, wo es Flüsse gibt. So ziemlich alles in der industriellen Welt kann verbessert werden, indem diese Formen aus der Natur übernommen und das, was Ingenieure heute bauen, neu konfiguriert werden.
Und eine andere Sache ist, dass bei einem Whirlpool alles, was von außen in den Whirlpool fließt, sich in den Whirlpool dreht und angesaugt wird. Wir sagen bei PAX Scientific "Nature sucks", weil es tatsächlich so ist. Wenn Sie am Strand sind und die Brise auf Ihrem Gesicht spüren, liegt die Ursache für diese Brise nicht vor Ihnen, sondern etwas, das die Brise zu Ihnen drückt. Die Ursache dafür liegt hinter dir. Irgendwo in der Atmosphäre hinter Ihnen befindet sich ein Niederdrucksystem. Es gibt eine große Wirbelstruktur, einen Whirlpool in der Atmosphäre, der die Luft ansaugt. Und Sie spüren es wie eine Brise. Jeder Whirlpool in unserem Universum arbeitet nach diesem Prinzip.
Wenn Sie sich ansehen, wie Menschen Lüfter, Pumpen und Mischer und alles andere, was sich dreht, bauen, saugen sie nicht. Sie schleudern. Sie schleudern die Flüssigkeiten tatsächlich nach außen, anstatt sie nach innen zu ziehen. Wenn sie herausgeschleudert werden, entsteht ein niedriger Druck, sodass sie tatsächlich aus dem Rohr saugen. Aber es ist absolut nicht die Art und Weise, wie die Natur es entworfen hat. Menschen benutzen Zentrifugen. Die Natur baut Zentripetalsysteme auf. Das Gegenteil ist der Fall. Und genau das habe ich in diesen Mixern verwendet.
Sie können auch in der Atmosphäre eingesetzt werden. Wir führen gerade ein fortgeschrittenes Forschungsprojekt an Universitäten in den USA durch, um zu zeigen, dass wir eine dieser Thermiken in der Atmosphäre erzeugen und ein sehr großes Gebiet mit einer Höhe von 20.000 bis 25.000 Fuß und einem Durchmesser von 20 Meilen beeinflussen können. Wir können Orte wie LA und Mexiko-Stadt oder Peking oder Teheran besuchen, die riesige Inversionsschichten und eine schreckliche Verschmutzung aufweisen, weil all diese Verschmutzungen in einem Becken eingeschlossen sind. Alle diese Städte sind von hohen Hügeln umgeben und es gibt nicht genug Wind. Während die meisten Städte Umweltverschmutzung verursachen - jede Stadt verursacht Umweltverschmutzung, die durch die Thermik entsteht und sich dann über den Rest des Kontinents oder den Ozean ausbreitet. Jede Stadt auf der Welt tut das, mit Ausnahme dieser besonderen, die ich gerade erwähnte.
Bildnachweis: Chris 73
Und so können wir, was wir gezeigt haben - wir haben dies am Computer modelliert und es auf jeden Fall im Wasser klar demonstriert - eines dieser Geräte in einer Stadt wie Peking platzieren und dieses Verbreitungsmuster verursachen. Wir beschleunigen im Grunde genommen nur das, was die Natur bereits tut, da diese Muster bereits über Städten wie Los Angeles oder Peking existieren. Sie sind einfach nicht stark genug. Sie nehmen diese eingeschlossene Luft nicht hoch genug auf, damit sie verteilt werden kann. Wir demonstrieren, dass wir das mit einem sehr kleinen Gerät und einer sehr kleinen Menge an Energie erreichen können. Dies ist also eine Lösung für Städte wie Teheran, Peking und Mexiko-Stadt, die große gesundheitliche Probleme mit Atemwegserkrankungen haben. Wir können diesen Menschen helfen, indem wir die Natur optimieren.