Invenții inspirate din natură

Știința biomimeticii se află acum într-un stadiu incipient de dezvoltare. Biomimetica este căutarea și împrumutarea diverselor idei din natură și utilizarea lor pentru a rezolva problemele cu care se confruntă omenirea. Originalitatea, neobișnuirea, acuratețea impecabilă și economia de resurse, în care natura își rezolvă problemele, pur și simplu nu pot decât să încânte și să provoace dorința de a copia într-o oarecare măsură aceste procese, substanțe și structuri uimitoare. Termenul de biomimetică a fost inventat în 1958 de omul de știință american Jack E. Steele. Și cuvântul „bionics” a intrat în uz general în anii 70 ai secolului trecut, când serialele „The Six Million Dollar Man” și „The Biotic Woman” au apărut la televizor. Tim McGee avertizează că biometria nu trebuie confundată direct cu modelarea bioinspirată deoarece, spre deosebire de biomimetică, modelarea bioinspirată nu pune accent pe utilizarea economică a resurselor. Mai jos sunt exemple de realizările biomimeticii, unde aceste diferențe sunt cele mai pronunțate. La crearea materialelor biomedicale polimerice, a fost folosit principiul de funcționare al cochiliei holothurian (castravetele de mare). Castraveții de mare au o trăsătură unică - pot schimba duritatea colagenului care formează învelișul exterior al corpului lor. Când castravetele de mare simte pericolul, își mărește în mod repetat rigiditatea pielii, parcă ruptă de o coajă. Dimpotrivă, dacă trebuie să se strecoare într-un gol îngust, el poate slăbi atât de mult între elementele pielii, încât practic se transformă într-un jeleu lichid. Un grup de oameni de știință de la Case Western Reserve a reușit să creeze un material pe bază de fibre celulozice cu proprietăți similare: în prezența apei, acest material devine plastic, iar atunci când se evaporă, se solidifică din nou. Oamenii de știință cred că un astfel de material este cel mai potrivit pentru producerea de electrozi intracerebrali, care sunt utilizați, în special, în boala Parkinson. Când sunt implantați în creier, electrozii din astfel de material vor deveni plastici și nu vor deteriora țesutul cerebral. Compania americană de ambalaje Ecovative Design a creat un grup de materiale regenerabile și biodegradabile care pot fi folosite pentru izolarea termică, ambalaje, mobilier și carcase pentru computere. McGee are deja o jucărie făcută din acest material. Pentru producerea acestor materiale se folosesc cojile de orez, hrisca si bumbac, pe care se cultiva ciuperca Pleurotus ostreatus (ciuperca de stridii). Un amestec care conține celule de ciuperci de stridii și peroxid de hidrogen se pune în forme speciale și se păstrează la întuneric, astfel încât produsul să se întărească sub influența miceliului de ciuperci. Produsul este apoi uscat pentru a opri creșterea ciupercii și pentru a preveni alergiile în timpul utilizării produsului. Angela Belcher și echipa ei au creat o baterie novub care utilizează un virus bacteriofag M13 modificat. Este capabil să se atașeze de materiale anorganice precum aurul și oxidul de cobalt. Ca rezultat al auto-asamblarii virusului, pot fi obținute nanofire destul de lungi. Grupul lui Bletcher a reușit să asambleze multe dintre aceste nanofire, rezultând baza unei baterii foarte puternice și extrem de compacte. În 2009, oamenii de știință au demonstrat posibilitatea utilizării unui virus modificat genetic pentru a crea anodul și catodul unei baterii litiu-ion. Australia a dezvoltat cel mai recent sistem de tratare a apelor uzate Biolytix. Acest sistem de filtrare poate transforma foarte rapid apele uzate și deșeurile alimentare în apă de calitate care poate fi folosită pentru irigare. În sistemul Biolytix, viermii și organismele din sol fac toată munca. Utilizarea sistemului Biolytix reduce consumul de energie cu aproape 90% și funcționează de aproape 10 ori mai eficient decât sistemele convenționale de curățare. Tânărul arhitect australian Thomas Herzig consideră că există oportunități uriașe pentru arhitectura gonflabilă. În opinia sa, structurile gonflabile sunt mult mai eficiente decât cele tradiționale, datorită lejerității și consumului minim de material. Motivul constă în faptul că forța de întindere acționează doar asupra membranei flexibile, în timp ce forței de compresiune i se opune un alt mediu elastic – aerul, care este prezent peste tot și complet liber. Datorită acestui efect, natura folosește structuri similare de milioane de ani: fiecare ființă vie este formată din celule. Ideea de asamblare a structurilor arhitecturale din module pneumocelule din PVC se bazează pe principiile construirii structurilor celulare biologice. Celulele, patentate de Thomas Herzog, au un cost extrem de redus și vă permit să creați un număr aproape nelimitat de combinații. În acest caz, deteriorarea uneia sau chiar mai multor pneumocelule nu va atrage distrugerea întregii structuri. Principiul de funcționare folosit de Calera Corporation imită în mare măsură crearea cimentului natural, pe care coralii îl folosesc în timpul vieții pentru a extrage calciu și magneziu din apa de mare pentru a sintetiza carbonați la temperaturi și presiuni normale. Iar la crearea cimentului Calera, dioxidul de carbon este mai întâi transformat în acid carbonic, din care se obțin apoi carbonați. McGee spune că prin această metodă, pentru a produce o tonă de ciment, este necesar să se fixeze aproximativ aceeași cantitate de dioxid de carbon. Producția de ciment în mod tradițional duce la poluarea cu dioxid de carbon, dar această tehnologie revoluționară, dimpotrivă, preia dioxidul de carbon din mediu. Compania americană Novomer, care dezvoltă noi materiale sintetice prietenoase cu mediul, a creat o tehnologie de producere a materialelor plastice, în care dioxidul de carbon și monoxidul de carbon sunt folosite ca materii prime principale. McGee subliniază valoarea acestei tehnologii, deoarece eliberarea de gaze cu efect de seră și alte gaze toxice în atmosferă este una dintre principalele probleme ale lumii moderne. În tehnologia materialelor plastice Novomer, noii polimeri și materiale plastice pot conține până la 50% dioxid de carbon și monoxid de carbon, iar producția acestor materiale necesită mult mai puțină energie. O astfel de producție va ajuta la legarea unei cantități semnificative de gaze cu efect de seră, iar aceste materiale devin ele însele biodegradabile. De îndată ce o insectă atinge frunza de capcană a unei plante carnivore Venus capcană de muște, forma frunzei începe imediat să se schimbe, iar insecta se află într-o capcană mortală. Alfred Crosby și colegii săi de la Universitatea Amherst (Massachusetts) au reușit să creeze un material polimeric care este capabil să reacționeze în mod similar la cele mai mici schimbări de presiune, temperatură sau sub influența unui curent electric. Suprafața acestui material este acoperită cu lentile microscopice, umplute cu aer, care își pot schimba foarte rapid curbura (devină convexe sau concave) cu schimbări de presiune, temperatură sau sub influența curentului. Dimensiunea acestor microlentile variază de la 50 µm la 500 µm. Cu cât sunt mai mici lentilele în sine și distanța dintre ele, cu atât materialul reacționează mai repede la schimbările externe. McGee spune că ceea ce face acest material special este că este creat la intersecția dintre micro și nanotehnologie. Midiile, la fel ca multe alte moluște bivalve, sunt capabile să se fixeze ferm pe o varietate de suprafețe cu ajutorul unor filamente proteice speciale, grele - așa-numitul byssus. Stratul protector exterior al glandei bisale este un material versatil, extrem de durabil si in acelasi timp incredibil de elastic. Profesorul de Chimie Organică Herbert Waite de la Universitatea din California cercetează de foarte multă vreme scoici și a reușit să recreeze un material a cărui structură este foarte asemănătoare cu materialul produs de midii. McGee spune că Herbert Waite a deschis un domeniu cu totul nou de cercetare și că munca sa a ajutat deja un alt grup de oameni de știință să creeze tehnologia PureBond pentru tratarea suprafețelor panourilor din lemn fără a utiliza formaldehidă și alte substanțe foarte toxice. Pielea de rechin are o proprietate complet unică - bacteriile nu se înmulțesc pe ea și, în același timp, nu este acoperită cu niciun lubrifiant bactericid. Cu alte cuvinte, pielea nu ucide bacteriile, pur și simplu nu există pe ea. Secretul constă într-un model special, care este format din cele mai mici solzi de piele de rechin. Conectându-se între ele, aceste cântare formează un model special în formă de romb. Acest model este reprodus pe filmul protector antibacterian Sharklet. McGee consideră că aplicarea acestei tehnologii este cu adevărat nelimitată. Într-adevăr, aplicarea unei astfel de texturi care nu permite bacteriilor să se înmulțească pe suprafața obiectelor din spitale și locuri publice poate scăpa de bacterii cu 80%. În acest caz, bacteriile nu sunt distruse și, prin urmare, nu pot dobândi rezistență, așa cum este cazul antibioticelor. Sharklet Technology este prima tehnologie din lume care inhibă creșterea bacteriilor fără utilizarea de substanțe toxice. conform bigpikture.ru