Jay Harman frös en bubbelpool till rent vatten eller luft

Naturen gillar spiraler, från bubbelpooler eller orkaner, till hur sap flyter upp i en växt, till formen av ett mänskligt hjärta. Uppfinnaren Jay Harmon, från ingenjörsforsknings- och produktdesignföretaget PAX Scientific Inc., använde denna arketypiska form från naturen för att designa en 'frusen bubbelpool' som den roterande delen av en maskin eller pump. Harmons frysta bubbelpool, ungefär lika stor som din hand, kan röra tio miljoner liter vatten i en lagringstank med bara ett par glödlampors värde. Denna design håller vattentankarna rena, utan användning av klor eller andra kemikalier. Harman arbetar nu med att skala upp sin frysta bubbelpool för att städa luften i en hel stad. Denna intervju är en del av en speciell ForVM -serie, Biomimicry: Nature of Innovation, producerad i samarbete med Fast Company och sponsrad av Dow.

Berätta om idén om biomimik ... vad är det?

Bioimikri söker naturen efter problem som mänskligheten står inför. Naturen är ren, grön och hållbar. Mänsklig industri är inte, i detta skede. Och vi måste verkligen göra den förändringen.

Det har inspirerat mig för att jag älskar naturen och jag älskar att vara vid havet. Jag har fascinerats av hur elegant naturen är på design sedan jag var liten. Jag blev bara fascinerad och jag har ägnat hela mitt liv åt att studera naturen och tillämpa hennes principer för att lösa mänskliga problem.

Vad i naturen inspirerade en av dina första uppfinningar för PAX Scientific, den strömlinjeformade mixern? Hur fungerar det? Varför är det viktigt?

Jag tror att jag först inspirerades när jag var liten, och jag skulle simma längs stenar och rev, med ansiktsmask på och titta på fisk. En våg skulle följa med, och jag skulle svepas på klipporna. Jag skulle ta en tång för att hindra mig från att skjutas upp på klipporna. Jag fann att tången var mycket ömtålig och lätt sönder. Men jag märkte också att även i de vildaste stormarna, vinterstormar med enorma vågor, hänger dessa tångar bara bra. Det fascinerade mig verkligen.

Under en period av år märkte jag att alla dessa tång ändrade sin form till vägen för minst motstånd, minst drag. Så när vattnet går förbi ser du dessa tångar virvla och svaja. Det ser ut som att det är kaotiskt, precis som grenar i vinden. Men om du tittar noga på dem anpassar de sig alla till samma spiralväg. Och den spiralen är exakt samma spiral som du ser i ditt badkar när du drar ut kontakten, när du ser den där bubbelpoolen. Det är naturens väg med minst motstånd och minst drag.

När jag såg dessa tångar började jag ändra former på kanoter som jag gjorde som barn. De var ganska grova kanoter, bara gjorda av gammalt wellpapp. Jag hade hamrat dem i formen av dessa virvlar, och jag fann att de var lättare att paddla. Sedan tillbringade jag ganska många år med avdelningen för fiske och vilda djur i Australien, och jag studerade dessa virvlande mönster i alla möjliga saker, från hur fiskar simmar, till hur fåglar flyger, insekter flyger etc. Och det kom jag på att om jag kunde bakåtkonstruera en enda bubbelpool, om jag kunde dra ut kontakten ur mitt bad och frysa den där bubbelpoolen och bakre-konstruera den, skulle jag verkligen ha något som jag kunde anpassa till alla möjliga saker.

Bildkredit:flikr

Det tog mig 20 år att räkna ut hur man fryser en bubbelpool. Jag kunde inte hitta några matematiker eller fysiker eller ingenjörer som kunde ge mig de matematiska konstruktionerna av en enda bubbelpool. Jag frystes en, så småningom, bakåtkonstruerade den. När jag väl hade den fasta frusna bubbelpoolen, upptäckte jag att om jag lade den i vatten eller luft och roterade den, skulle den skapa en perfekt bubbelpool.

Vad var det första du använde det till?

Bildkredit: Pax Scientific

Om du tänker på vattenförsörjningen i de flesta väststäder, särskilt i Amerika, finns det stora stora tankar, miljoner liter, de kan vara fem miljoner, tio miljoner liter vatten. Det vattnet blir stillastående, vilket inte är bra. Så kommunerna som hanterar det vattnet måste lägga klor och kloraminer i vattnet. De är cancerframkallande eller skapar andra problem. Problemet löses bättre genom att blanda det vattnet. Men hur blandar du det effektivt? För närvarande, i allmänhet över hela världen, om du vill blanda vatten, är det väldigt dyrt. Vanligtvis pumpar du ut vatten från en tank till en annan och tillbaka igen. För tio miljoner liter vatten är det mycket energi. Och det blandar verkligen inte vattnet så bra.

Jag satte en av dessa frysta bubbelpooler i botten av en av dessa tankar. Jag roterade den med ett par hundra watt effekt, ett par glödlampor och jag fann att den kunde blanda en hel tank med vatten, 10 miljoner gallon, vilket från en teknisk synvinkel inte ens är tänkbart möjligt . Men vi kan bevisa det om och om igen. Nu finns vi i flera hundra av dessa tankar i hela Amerika och i några andra länder. Detta fungerar 100 procent effektivt i alla dessa fall.

Därifrån började jag anpassa dessa former till fans. Fläktar använder 18 procent av världens elektriska energi. De är inte särskilt effektiva. Vi fann gång på gång att du kan ta den bästa fläkten i världen och minska dess energi med så mycket som 30 procent och dess buller med nästan hälften.

Rose Galaxy. Bildkredit: NASA, ESA och Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Och så tog vi det därifrån och gick till alla möjliga andra applikationer - propellrar och pumpar, båtarnas form, flygplanets form, vindkraftverkens form. Det gäller allt, där det finns flöden. Så nästan allt i industrivärlden kan förbättras genom att ta dessa former från naturen och omkonfigurera vad ingenjörer bygger idag.

Och en annan sak är att med en bubbelpool, allt som rinner in i bubbelpoolen, som kommer utifrån, roterar in i bubbelpoolen och det sugs in. Vi säger på PAX Scientific 'Nature sucks', för det gör det faktiskt. När du är på stranden och du känner vinden i ansiktet är orsaken till den där brisen inte framför dig, något som driver vinden till dig. Orsaken till det ligger bakom dig. Det finns ett lågtryckssystem någonstans i atmosfären bakom dig. Det finns en stor virvelstruktur, en bubbelpool i atmosfären som suger in luften. Och du upplever det som en vind. Varje bubbelpool i vårt universum fungerar på den principen.

När du tittar på hur människor bygger fläktar och pumpar och blandare och allt annat som roterar, suger de inte. De slänger. De slänger faktiskt vätskorna utåt snarare än att dra dem inåt. Genom att slänga ut dem skapar de ett lågt tryck, så de suger faktiskt ut ur röret. Men det är absolut inte så naturen utformade det. Människor använder centrifuger. Naturen bygger centripetalsystem. Det är tvärtom. Och det är det jag har använt i dessa mixers.

De kan också användas i atmosfären. Vi gör ett avancerat forskningsprojekt just nu vid universitet i USA för att visa att vi kan skapa en av dessa termalter i atmosfären och påverka ett mycket stort område upp till 20.000-25.000 fot högt och 20 miles i diameter. Vi kan gå till platser som L.A. och Mexico City, eller Peking eller Teheran som har enorma inversionslager och fruktansvärda föroreningar eftersom all denna förorening är instängd i ett bassäng. Alla dessa städer har höga kullar runt sig och inte tillräckligt med vind. Medan de flesta städer skapar föroreningar - varje stad skapar föroreningar, ökar föroreningarna på termalområdet och sprids sedan över resten av kontinenten eller över havet. Varje stad i världen gör det förutom de här som jag just nämnde.

Bildkredit:Chris 73

Och det vi har visat - vi har modellerat detta på datorer och visat det klart i vatten - vi kan placera en av dessa enheter i en stad som Peking och orsaka detta cirkulationsmönster. Vi accelererar i princip bara vad naturen redan gör, eftersom dessa mönster redan finns över städer som Los Angeles eller Peking, de är helt enkelt inte tillräckligt kraftfulla. De tar inte upp den här fångade luften tillräckligt högt så att den kan spridas. Vi visar att vi kan göra det med en mycket liten enhet och en mycket liten mängd energi. Så detta är en lösning för städer som Teheran, Peking och Mexico City, som har stora hälsoproblem med andningssjukdomar. Vi kan hjälpa dessa människor genom att anpassa naturen.