Loodusest inspireeritud leiutised

Biomimeetikateadus on praegu varajases arengujärgus. Biomimeetikumid on erinevate ideede otsimine ja laenamine loodusest ning nende kasutamine inimkonna ees seisvate probleemide lahendamisel. Originaalsus, ebatavalisus, laitmatu täpsus ja ressursside säästlikkus, milles loodus oma probleemid lahendab, ei saa lihtsalt rõõmustada ja tekitada soovi neid hämmastavaid protsesse, aineid ja struktuure mingil määral kopeerida. Mõiste biomimeetikumid võttis kasutusele 1958. aastal Ameerika teadlane Jack E. Steele. Ja sõna "bioonika" hakati üldiselt kasutama eelmise sajandi 70ndatel, kui televisioonis ilmusid sarjad "Kuue miljoni dollari mees" ja "Biootiline naine". Tim McGee hoiatab, et biomeetriat ei tohiks otseselt segi ajada bioinspireeritud modelleerimisega, sest erinevalt biomimeetikast ei rõhuta bioinspireeritud modelleerimine ressursside säästlikku kasutamist. Allpool on toodud näited biomimeetika saavutustest, kus need erinevused on kõige tugevamad. Polümeersete biomeditsiiniliste materjalide loomisel kasutati holotuuria kesta (merikurgi) tööpõhimõtet. Merikurkidel on ainulaadne omadus – nad võivad muuta nende keha väliskatte moodustava kollageeni kõvadust. Ohtu tajudes suurendab merikurk korduvalt oma koore jäikust, justkui koorest rebituna. Ja vastupidi, kui tal on vaja suruda kitsasse pilusse, võib ta naha elementide vahel nii nõrgeneda, et see muutub praktiliselt vedelaks tarretiseks. Case Western Reserve'i teadlaste rühmal õnnestus luua tsellulooskiududel põhinev materjal, millel on sarnased omadused: vee juuresolekul muutub see materjal plastiliseks ja aurustudes jälle tahkub. Teadlased usuvad, et selline materjal sobib kõige paremini intratserebraalsete elektroodide tootmiseks, mida kasutatakse eriti Parkinsoni tõve korral. Ajju siirdamisel muutuvad sellisest materjalist elektroodid plastiliseks ega kahjusta ajukudet. USA pakendifirma Ecovative Design on loonud grupi taastuvaid ja biolagunevaid materjale, mida saab kasutada soojusisolatsiooniks, pakendamiseks, mööbliks ja arvutikorpusteks. McGee’l on isegi juba sellest materjalist mänguasi. Nende materjalide tootmiseks kasutatakse riisi, tatra ja puuvilla kestasid, millel kasvatatakse seent Pleurotus ostreatus (austraseen). Austerserviku rakke ja vesinikperoksiidi sisaldav segu asetatakse spetsiaalsetesse vormidesse ja hoitakse pimedas, et toode seeneniidistiku mõjul kõveneks. Seejärel toode kuivatatakse, et peatada seene kasv ja vältida allergiat toote kasutamise ajal. Angela Belcher ja tema meeskond on loonud novub-aku, mis kasutab modifitseeritud M13 bakteriofaagi viirust. See on võimeline kinnituma anorgaaniliste materjalidega, nagu kuld ja koobaltoksiid. Viiruse isekoostumise tulemusena on võimalik saada üsna pikki nanojuhtmeid. Bletcheri rühm suutis paljud neist nanojuhtmetest kokku panna, mille tulemuseks oli väga võimas ja äärmiselt kompaktne aku. 2009. aastal demonstreerisid teadlased võimalust kasutada liitiumioonaku anoodi ja katoodi loomiseks geneetiliselt muundatud viirust. Austraalia on välja töötanud uusima Biolytixi reoveepuhastussüsteemi. See filtrisüsteem suudab väga kiiresti muuta reovee ja toidujäätmed kvaliteetseks veeks, mida saab kasutada kastmiseks. Biolytixi süsteemis teevad kogu töö ära ussid ja mullaorganismid. Biolytix süsteemi kasutamine vähendab energiatarbimist ligi 90% ja töötab ligi 10 korda tõhusamalt kui tavalised puhastussüsteemid. Noor Austraalia arhitekt Thomas Herzig usub, et täispuhutava arhitektuuri jaoks on tohutult võimalusi. Tema hinnangul on täispuhutavad konstruktsioonid oma kerguse ja minimaalse materjalikulu tõttu palju tõhusamad kui traditsioonilised. Põhjus peitub selles, et tõmbejõud mõjub ainult painduvale membraanile, survejõule aga vastandub teine ​​elastne keskkond – õhk, mis on kõikjal ja täiesti vaba. Tänu sellele efektile on loodus sarnaseid struktuure kasutanud miljoneid aastaid: iga elusolend koosneb rakkudest. PVC-st valmistatud pneumoelemendi moodulitest arhitektuursete struktuuride kokkupanemise idee põhineb bioloogiliste rakustruktuuride ehitamise põhimõtetel. Thomas Herzogi patenteeritud rakud on äärmiselt madala hinnaga ja võimaldavad luua peaaegu piiramatul arvul kombinatsioone. Sel juhul ei too ühe või isegi mitme pneumoelemendi kahjustamine kaasa kogu konstruktsiooni hävimist. Calera Corporationi kasutatav tööpõhimõte jäljendab suures osas loodusliku tsemendi teket, mida korallid kasutavad oma elu jooksul mereveest kaltsiumi ja magneesiumi eraldamiseks, et sünteesida karbonaate normaalsel temperatuuril ja rõhul. Ja Calera tsemendi loomisel muundatakse süsinikdioksiid esmalt süsihappeks, millest seejärel saadakse karbonaadid. McGee ütleb, et selle meetodiga on ühe tonni tsemendi tootmiseks vaja fikseerida umbes sama palju süsihappegaasi. Traditsioonilisel viisil tsemendi tootmine toob kaasa süsinikdioksiidi reostuse, kuid see revolutsiooniline tehnoloogia, vastupidi, võtab süsinikdioksiidi keskkonnast. Ameerika ettevõte Novomer, mis arendab uusi keskkonnasõbralikke sünteetilisi materjale, on loonud plastide tootmise tehnoloogia, kus põhitoorainena kasutatakse süsihappegaasi ja vingugaasi. McGee rõhutab selle tehnoloogia väärtust, kuna kasvuhoonegaaside ja muude mürgiste gaaside sattumine atmosfääri on üks kaasaegse maailma põhiprobleeme. Novomeri plastitehnoloogias võivad uued polümeerid ja plastid sisaldada kuni 50% süsihappegaasi ja vingugaasi ning nende materjalide tootmine nõuab oluliselt vähem energiat. Selline tootmine aitab siduda märkimisväärsel hulgal kasvuhoonegaase ja need materjalid ise muutuvad biolagunevateks. Niipea, kui putukas puudutab lihasööja Venus flytrap taime lõksulehte, hakkab lehe kuju kohe muutuma ja putukas satub surmalõksu. Alfred Crosby ja tema kolleegid Amhersti ülikoolist (Massachusetts) suutsid luua polümeermaterjali, mis on võimeline reageerima sarnaselt vähimatele rõhu-, temperatuurimuutustele või elektrivoolu mõjul. Selle materjali pind on kaetud mikroskoopiliste õhuga täidetud läätsedega, mis võivad rõhu, temperatuuri või voolu mõjul väga kiiresti muuta oma kumerust (muutuda kumeraks või nõgusaks). Nende mikroläätsede suurus varieerub vahemikus 50 µm kuni 500 µm. Mida väiksemad on läätsed ise ja nendevaheline kaugus, seda kiiremini reageerib materjal välistele muutustele. McGee ütleb, et selle materjali teeb eriliseks see, et see on loodud mikro- ja nanotehnoloogia ristumiskohas. Rannakarbid, nagu paljud teisedki kahepoolmelised molluskid, suudavad tugevalt kinnituda erinevatele pindadele spetsiaalsete tugevate valgufilamentide – nn byssus’e – abil. Büssali näärme välimine kaitsekiht on mitmekülgne, ülimalt vastupidav ja samas uskumatult elastne materjal. California ülikooli orgaanilise keemia professor Herbert Waite on rannakarpe uurinud väga pikka aega ja tal õnnestus taasluua materjal, mille struktuur on väga sarnane rannakarpide toodetava materjaliga. McGee ütleb, et Herbert Waite on avanud täiesti uue uurimisvaldkonna ja et tema töö on juba aidanud teisel teadlaste rühmal luua PureBondi tehnoloogia puitpaneelide pindade töötlemiseks ilma formaldehüüdi ja muid väga mürgiseid aineid kasutamata. Hainahal on täiesti ainulaadne omadus – sellel ei paljune bakterid ning samas ei kata seda ühegi bakteritsiidse libestiga. Teisisõnu, nahk ei tapa baktereid, neid lihtsalt ei eksisteeri sellel. Saladus peitub erilises mustris, mille moodustavad väikseimad hainaha soomused. Omavahel ühendades moodustavad need kaalud spetsiaalse rombikujulise mustri. See muster on reprodutseeritud Sharkleti kaitsval antibakteriaalsel kilel. McGee usub, et selle tehnoloogia rakendamine on tõeliselt piiramatu. Tõepoolest, sellise tekstuuri kasutamine, mis ei lase haiglates ja avalikes kohtades esemete pinnal bakteritel paljuneda, võib bakteritest vabaneda 80%. Sel juhul bakterid ei hävi ja seetõttu ei saa nad resistentsust omandada, nagu antibiootikumide puhul. Sharkleti tehnoloogia on maailmas esimene tehnoloogia, mis pärsib bakterite kasvu ilma toksilisi aineid kasutamata. bigpikture.ru andmetel