Izumi inspirisani prirodom

Nauka o biomimetici je sada u ranoj fazi razvoja. Biomimetika je traženje i posuđivanje raznih ideja iz prirode i njihovo korištenje za rješavanje problema s kojima se čovječanstvo suočava. Originalnost, neobičnost, besprijekorna točnost i ekonomičnost resursa, u kojima priroda rješava svoje probleme, jednostavno ne mogu a da ne oduševljavaju i izazivaju želju da se ti zadivljujući procesi, tvari i strukture donekle kopiraju. Termin biomimetika skovao je 1958. američki naučnik Jack E. Steele. A reč "bionika" ušla je u opštu upotrebu 70-ih godina prošlog veka, kada su se na televiziji pojavile serije "Čovek od šest miliona dolara" i "Biotička žena". Tim McGee upozorava da biometriju ne treba direktno miješati s bioinspiriranim modeliranjem jer, za razliku od biomimetike, bioinspirirano modeliranje ne naglašava ekonomičnu upotrebu resursa. U nastavku su navedeni primjeri dostignuća biomimetike, gdje su ove razlike najizraženije. Prilikom stvaranja polimernih biomedicinskih materijala korišten je princip rada holoturske školjke (morski krastavac). Morski krastavci imaju jedinstvenu osobinu – mogu promijeniti tvrdoću kolagena koji čini vanjski omotač njihovog tijela. Kada morski krastavac osjeti opasnost, on u više navrata povećava krutost svoje kožice, kao da je pocijepan ljuskom. Nasuprot tome, ako treba da se stisne u usku prazninu, može toliko oslabiti između elemenata svoje kože da se ona praktički pretvori u tečni žele. Grupa naučnika iz Case Western Reserve uspela je da stvori materijal na bazi celuloznih vlakana sličnih svojstava: u prisustvu vode ovaj materijal postaje plastičan, a kada ispari, ponovo se stvrdnjava. Naučnici vjeruju da je takav materijal najprikladniji za proizvodnju intracerebralnih elektroda, koje se koriste, posebno, kod Parkinsonove bolesti. Kada se implantiraju u mozak, elektrode napravljene od takvog materijala postat će plastične i neće oštetiti moždano tkivo. Američka kompanija za pakovanje Ecovative Design kreirala je grupu obnovljivih i biorazgradivih materijala koji se mogu koristiti za toplotnu izolaciju, ambalažu, nameštaj i kućišta računara. McGee čak već ima igračku napravljenu od ovog materijala. Za proizvodnju ovih materijala koriste se ljuske pirinča, heljde i pamuka na kojima se uzgaja gljiva Pleurotus ostreatus (bukovača). Mješavina koja sadrži ćelije bukovače i vodikov peroksid stavlja se u posebne kalupe i drži u mraku kako bi se proizvod stvrdnuo pod utjecajem micelija gljiva. Proizvod se zatim suši kako bi se zaustavio rast gljivica i spriječile alergije tokom upotrebe proizvoda. Angela Belcher i njen tim napravili su novub bateriju koja koristi modificirani M13 virus bakteriofaga. U stanju je da se veže za neorganske materijale kao što su zlato i kobaltov oksid. Kao rezultat samosastavljanja virusa, mogu se dobiti prilično dugačke nanožice. Bletcherova grupa uspjela je sastaviti mnoge od ovih nanožica, što je rezultiralo osnovom vrlo moćne i izuzetno kompaktne baterije. 2009. godine naučnici su demonstrirali mogućnost korištenja genetski modificiranog virusa za stvaranje anode i katode litijum-jonske baterije. Australija je razvila najnoviji Biolytix sistem za tretman otpadnih voda. Ovaj sistem filtera može vrlo brzo pretvoriti kanalizaciju i otpad od hrane u kvalitetnu vodu koja se može koristiti za navodnjavanje. U sistemu Biolytix, crvi i organizmi iz tla obavljaju sav posao. Upotreba Biolytix sistema smanjuje potrošnju energije za skoro 90% i radi skoro 10 puta efikasnije od konvencionalnih sistema za čišćenje. Mladi australijski arhitekt Thomas Herzig vjeruje da postoje ogromne mogućnosti za arhitekturu na naduvavanje. Prema njegovom mišljenju, konstrukcije na naduvavanje su mnogo efikasnije od tradicionalnih, zbog svoje lakoće i minimalne potrošnje materijala. Razlog leži u činjenici da vlačna sila djeluje samo na fleksibilnu membranu, dok se sili pritiska suprotstavlja drugi elastični medij – zrak, koji je svuda prisutan i potpuno slobodan. Zahvaljujući ovom efektu, priroda koristi slične strukture milionima godina: svako živo biće se sastoji od ćelija. Ideja montaže arhitektonskih konstrukcija od pneumoćelijskih modula izrađenih od PVC-a zasniva se na principima izgradnje bioloških ćelijskih struktura. Ćelije, koje je patentirao Thomas Herzog, izuzetno su niske cijene i omogućavaju vam stvaranje gotovo neograničenog broja kombinacija. U tom slučaju oštećenje jedne ili čak nekoliko pneumoćelija neće dovesti do uništenja cijele strukture. Princip rada koji koristi Calera Corporation u velikoj mjeri oponaša stvaranje prirodnog cementa, koji koralji koriste tijekom svog života za izdvajanje kalcija i magnezija iz morske vode kako bi sintetizirali karbonate na normalnim temperaturama i pritiscima. A u stvaranju Calera cementa, ugljični dioksid se prvo pretvara u ugljičnu kiselinu, iz koje se zatim dobivaju karbonati. McGee kaže da je ovom metodom za proizvodnju jedne tone cementa potrebno fiksirati otprilike istu količinu ugljičnog dioksida. Proizvodnja cementa na tradicionalan način dovodi do zagađenja ugljičnim dioksidom, ali ova revolucionarna tehnologija, naprotiv, uzima ugljični dioksid iz okoline. Američka kompanija Novomer, koja razvija nove ekološki prihvatljive sintetičke materijale, stvorila je tehnologiju za proizvodnju plastike u kojoj se kao glavne sirovine koriste ugljični dioksid i ugljični monoksid. McGee ističe vrijednost ove tehnologije, jer je ispuštanje stakleničkih plinova i drugih toksičnih plinova u atmosferu jedan od glavnih problema modernog svijeta. U Novomerovoj tehnologiji plastike, novi polimeri i plastika mogu sadržavati do 50% ugljičnog dioksida i ugljičnog monoksida, a proizvodnja ovih materijala zahtijeva znatno manje energije. Takva proizvodnja će pomoći da se veže značajna količina stakleničkih plinova, a ovi materijali sami postaju biorazgradivi. Čim insekt dotakne list za hvatanje biljke venerine muholovke mesožderke, oblik lista se odmah počinje mijenjati, a insekt se nalazi u smrtnoj zamci. Alfred Crosby i njegove kolege sa Univerziteta Amherst (Masachusetts) uspjeli su stvoriti polimerni materijal koji je sposoban na sličan način reagirati i na najmanju promjenu pritiska, temperature ili pod utjecajem električne struje. Površina ovog materijala je prekrivena mikroskopskim, zrakom punjenim sočivima koja mogu vrlo brzo promijeniti svoju zakrivljenost (postati konveksna ili konkavna) s promjenama tlaka, temperature ili pod utjecajem struje. Veličina ovih mikrosočiva varira od 50 µm do 500 µm. Što su sama sočiva i udaljenost između njih manja, materijal brže reagira na vanjske promjene. McGee kaže da ono što ovaj materijal čini posebnim je to što je nastao na raskrsnici mikro- i nanotehnologije. Dagnje, kao i mnoge druge školjke, mogu se čvrsto pričvrstiti na različite površine uz pomoć posebnih, čvrstih proteinskih filamenata – takozvanog bisusa. Vanjski zaštitni sloj byssal žlijezde je svestran, izuzetno izdržljiv i istovremeno nevjerovatno elastičan materijal. Profesor organske hemije Herbert Waite sa Kalifornijskog univerziteta već dugo istražuje dagnje i uspio je rekreirati materijal čija je struktura vrlo slična materijalu koji proizvode dagnje. McGee kaže da je Herbert Waite otvorio potpuno novo polje istraživanja i da je njegov rad već pomogao drugoj grupi naučnika da stvori PureBond tehnologiju za obradu drvenih ploča bez upotrebe formaldehida i drugih visoko toksičnih supstanci. Koža morskog psa ima potpuno jedinstveno svojstvo – na njoj se ne razmnožavaju bakterije, a istovremeno nije prekrivena nikakvim baktericidnim lubrikantom. Drugim riječima, koža ne ubija bakterije, one na njoj jednostavno ne postoje. Tajna leži u posebnom uzorku, koji se formira od najmanjih ljuski kože morskog psa. Povezujući se jedna s drugom, ove vage formiraju poseban uzorak u obliku dijamanta. Ovaj uzorak je reproduciran na zaštitnom antibakterijskom filmu Sharklet. McGee vjeruje da je primjena ove tehnologije zaista neograničena. Doista, primjena takve teksture koja ne dozvoljava bakterijama da se razmnožavaju na površini objekata u bolnicama i javnim mjestima može se riješiti bakterija za 80%. U tom slučaju bakterije se ne uništavaju, pa stoga ne mogu steći rezistenciju, kao što je slučaj sa antibioticima. Sharklet Technology je prva svjetska tehnologija koja inhibira rast bakterija bez upotrebe toksičnih tvari. prema bigpikture.ru