اختراعاتی با الهام از طبیعت

علم بیومیمتیک اکنون در مراحل اولیه توسعه است. بیومیمتیک جستجو و وام گرفتن ایده های مختلف از طبیعت و استفاده از آنها برای حل مشکلات پیش روی بشریت است. اصالت، غیرمعمول بودن، دقت بی عیب و نقص و صرفه جویی در منابع، که در آن طبیعت مشکلات خود را حل می کند، به سادگی نمی تواند لذت و تمایل به کپی برداری از این فرآیندها، مواد و ساختارهای شگفت انگیز را تا حدودی ایجاد کند. اصطلاح بیومیمتیک در سال 1958 توسط دانشمند آمریکایی جک ای استیل ابداع شد. و کلمه "بیونیک" در دهه 70 قرن گذشته، زمانی که سریال های "مرد شش میلیون دلاری" و "زن بیوتیک" در تلویزیون ظاهر شد، مورد استفاده عمومی قرار گرفت. تیم مک گی هشدار می دهد که بیومتریک نباید مستقیماً با مدل سازی الهام گرفته از زیستی اشتباه گرفته شود، زیرا برخلاف بیومیمتیک، مدل سازی الهام گرفته از زیست بر استفاده اقتصادی از منابع تأکید نمی کند. در زیر نمونه‌هایی از دستاوردهای بیومیمتیک آورده شده است، جایی که این تفاوت‌ها بیشتر آشکار است. هنگام ایجاد مواد زیست پزشکی پلیمری، از اصل عملکرد پوسته هولوتورین (خیار دریایی) استفاده شد. خیار دریایی یک ویژگی منحصر به فرد دارد - آنها می توانند سختی کلاژنی را که پوشش بیرونی بدن آنها را تشکیل می دهد، تغییر دهند. هنگامی که خیار دریایی خطر را احساس می کند، به طور مکرر سفتی پوست خود را افزایش می دهد، گویی توسط یک پوسته پاره شده است. برعکس، اگر او نیاز به فشار دادن به یک شکاف باریک داشته باشد، می تواند بین عناصر پوستش چنان ضعیف شود که عملاً به یک ژله مایع تبدیل شود. گروهی از دانشمندان Case Western Reserve موفق شدند ماده ای بر پایه الیاف سلولزی با خواص مشابه ایجاد کنند: در حضور آب، این ماده پلاستیکی می شود و وقتی تبخیر می شود دوباره جامد می شود. دانشمندان بر این باورند که چنین ماده ای برای تولید الکترودهای داخل مغزی که به ویژه در بیماری پارکینسون استفاده می شود، مناسب است. هنگامی که در مغز کاشته می شود، الکترودهای ساخته شده از چنین مواد پلاستیکی می شوند و به بافت مغز آسیب نمی رسانند. شرکت بسته بندی ایالات متحده Ecovative Design گروهی از مواد تجدید پذیر و زیست تخریب پذیر ایجاد کرده است که می توانند برای عایق بندی حرارتی، بسته بندی، مبلمان و کیس های کامپیوتری استفاده شوند. مک گی حتی قبلا یک اسباب بازی ساخته شده از این ماده دارد. برای تولید این مواد از پوسته برنج، گندم سیاه و پنبه استفاده می شود که روی آن قارچ Pleurotus ostreatus (قارچ صدفی) پرورش داده می شود. مخلوطی حاوی سلول های قارچ صدفی و پراکسید هیدروژن در قالب های مخصوص قرار داده شده و در تاریکی نگهداری می شود تا محصول تحت تاثیر میسلیوم قارچ سفت شود. سپس محصول خشک می شود تا رشد قارچ متوقف شود و از ایجاد آلرژی در حین استفاده از محصول جلوگیری شود. آنجلا بلچر و تیمش یک باتری نواب ساخته اند که از ویروس باکتریوفاژ اصلاح شده M13 استفاده می کند. این ماده قادر است خود را به مواد معدنی مانند طلا و اکسید کبالت بچسباند. در نتیجه خودآرایی ویروس، نانوسیمهای نسبتاً بلندی بدست می آید. گروه بلچر توانست بسیاری از این نانوسیم ها را مونتاژ کند و در نتیجه یک باتری بسیار قدرتمند و بسیار فشرده به وجود آورد. در سال 2009، دانشمندان امکان استفاده از یک ویروس اصلاح شده ژنتیکی را برای ایجاد آند و کاتد یک باتری لیتیوم یونی نشان دادند. استرالیا جدیدترین سیستم تصفیه فاضلاب Biolytix را توسعه داده است. این سیستم فیلتر می تواند خیلی سریع فاضلاب و ضایعات مواد غذایی را به آب با کیفیتی تبدیل کند که می تواند برای آبیاری استفاده شود. در سیستم Biolytix، کرم ها و موجودات خاک همه کار را انجام می دهند. استفاده از سیستم Biolytix مصرف انرژی را تقریباً 90 درصد کاهش می دهد و تقریباً 10 برابر کارآمدتر از سیستم های تمیز کننده معمولی عمل می کند. معمار جوان استرالیایی توماس هرزیگ معتقد است که فرصت های بزرگی برای معماری بادی وجود دارد. به عقیده وی سازه های بادی به دلیل سبکی و مصرف حداقل مصالح کارایی بسیار بیشتری نسبت به سازه های سنتی دارند. دلیل آن در این واقعیت نهفته است که نیروی کششی فقط بر روی غشای انعطاف پذیر عمل می کند، در حالی که نیروی فشاری با یک محیط کشسان دیگر - هوا که در همه جا وجود دارد و کاملاً آزاد است، مخالف است. به لطف این اثر، طبیعت میلیون ها سال است که از ساختارهای مشابه استفاده می کند: هر موجود زنده ای از سلول ها تشکیل شده است. ایده مونتاژ سازه های معماری از ماژول های پنوموسل ساخته شده از PVC بر اساس اصول ساخت سازه های سلولی بیولوژیکی است. سلول های ثبت شده توسط توماس هرتزوگ بسیار کم هزینه هستند و به شما امکان می دهند تعداد تقریبا نامحدودی از ترکیب ها را ایجاد کنید. در این حالت، آسیب به یک یا حتی چند پنوموسل منجر به تخریب کل ساختار نخواهد شد. اصل عملکرد مورد استفاده توسط Calera Corporation تا حد زیادی شبیه به ایجاد سیمان طبیعی است که مرجان ها در طول زندگی خود از آن برای استخراج کلسیم و منیزیم از آب دریا به منظور سنتز کربنات ها در دما و فشار معمولی استفاده می کنند. و در ایجاد سیمان Calera ابتدا دی اکسید کربن به اسید کربنیک تبدیل می شود و سپس از آن کربنات ها به دست می آید. مک گی می گوید با این روش برای تولید یک تن سیمان باید تقریباً به همان میزان دی اکسید کربن تثبیت شود. تولید سیمان به روش سنتی منجر به آلودگی دی اکسید کربن می شود، اما این فناوری انقلابی، برعکس، دی اکسید کربن را از محیط زیست می گیرد. شرکت آمریکایی Novomer که مواد مصنوعی جدید سازگار با محیط زیست تولید می کند، فناوری تولید پلاستیک ایجاد کرده است که در آن از دی اکسید کربن و مونوکسید کربن به عنوان مواد اولیه اصلی استفاده می شود. مک گی بر ارزش این فناوری تاکید می کند، زیرا انتشار گازهای گلخانه ای و سایر گازهای سمی در جو یکی از مشکلات اصلی دنیای مدرن است. در فناوری پلاستیک Novomer، پلیمرها و پلاستیک های جدید می توانند تا 50 درصد دی اکسید کربن و مونوکسید کربن داشته باشند و تولید این مواد به انرژی کمتری نیاز دارد. چنین تولیدی به اتصال مقدار قابل توجهی از گازهای گلخانه ای کمک می کند و خود این مواد زیست تخریب پذیر می شوند. به محض اینکه یک حشره برگ تله یک گیاه مگس خوار ناهید را لمس می کند، شکل برگ بلافاصله شروع به تغییر می کند و حشره خود را در تله مرگ می بیند. آلفرد کراسبی و همکارانش از دانشگاه آمهرست (ماساچوست) موفق شدند ماده پلیمری بسازند که قادر است به روشی مشابه به کوچکترین تغییرات فشار، دما یا تحت تأثیر جریان الکتریکی واکنش نشان دهد. سطح این ماده با عدسی های میکروسکوپی پر از هوا پوشیده شده است که می توانند با تغییر فشار، دما یا تحت تأثیر جریان، خمیدگی خود را به سرعت تغییر دهند (محدب یا مقعر شوند). اندازه این میکرولنزها از 50 میکرومتر تا 500 میکرومتر متغیر است. هرچه خود لنزها و فاصله بین آنها کوچکتر باشد، ماده سریعتر به تغییرات خارجی واکنش نشان می دهد. مک گی می گوید آنچه این ماده را خاص می کند این است که در تقاطع میکرو و نانوتکنولوژی ایجاد شده است. صدف‌ها، مانند بسیاری از نرم تنان دوکفه‌ای دیگر، می‌توانند با کمک رشته‌های پروتئینی ویژه و سنگین – به اصطلاح بیسوس – به سطوح مختلف بچسبند. لایه محافظ بیرونی غده بایسال یک ماده همه کاره، بسیار بادوام و در عین حال فوق العاده الاستیک است. پروفسور شیمی آلی، هربرت ویت از دانشگاه کالیفرنیا، مدت زیادی است که روی صدف‌ها تحقیق کرده است و موفق شده است ماده‌ای را بازسازی کند که ساختار آن بسیار شبیه به مواد تولید شده توسط صدف‌ها است. مک گی می گوید که هربرت ویت زمینه تحقیقاتی کاملاً جدیدی را گشوده است و کار او قبلاً به گروه دیگری از دانشمندان کمک کرده است تا فناوری PureBond را برای درمان سطوح پانل های چوبی بدون استفاده از فرمالدئید و سایر مواد بسیار سمی ایجاد کنند. پوست کوسه یک خاصیت کاملاً منحصر به فرد دارد - باکتری ها روی آن تکثیر نمی شوند و در عین حال با هیچ روان کننده باکتری کش پوشانده نمی شود. به عبارت دیگر، پوست باکتری ها را نمی کشد، آنها به سادگی روی آن وجود ندارند. این راز در الگوی خاصی نهفته است که توسط کوچکترین پوسته های پوست کوسه شکل گرفته است. این ترازوها با اتصال به یکدیگر، الگوی الماسی شکل خاصی را تشکیل می دهند. این الگو بر روی فیلم ضد باکتری محافظ Sharklet تکثیر شده است. مک گی معتقد است که کاربرد این فناوری واقعاً بی حد و حصر است. در واقع، استفاده از چنین بافتی که اجازه نمی دهد باکتری ها در سطح اجسام در بیمارستان ها و مکان های عمومی تکثیر شوند، می تواند تا 80 درصد از شر باکتری ها خلاص شود. در این حالت، باکتری ها از بین نمی روند، و بنابراین، مانند آنتی بیوتیک ها، نمی توانند مقاومت پیدا کنند. Sharklet Technology اولین فناوری در جهان است که بدون استفاده از مواد سمی از رشد باکتری ها جلوگیری می کند. به گزارش bigpikture.ru