Gamtos įkvėpti išradimai

Biomimetikos mokslas šiuo metu yra ankstyvoje vystymosi stadijoje. Biomimetika yra įvairių idėjų paieška ir skolinimasis iš gamtos bei jų panaudojimas sprendžiant žmonijai kylančias problemas. Originalumas, neįprastumas, nepriekaištingas tikslumas ir išteklių taupymas, kai gamta sprendžia savo problemas, tiesiog negali džiuginti ir sukelti norą tam tikru mastu kopijuoti šiuos nuostabius procesus, medžiagas ir struktūras. Terminą biomimetika 1958 metais sukūrė amerikiečių mokslininkas Jackas E. Steele'as. O žodis „bionika“ buvo pradėtas vartoti praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, kai per televiziją pasirodė serialai „Šešių milijonų dolerių vyras“ ir „Biotinė moteris“. Timas McGee perspėja, kad biometriniai duomenys neturėtų būti tiesiogiai painiojami su biologiškai įkvėptu modeliavimu, nes, skirtingai nei biomimetika, biologiškai įkvėptas modeliavimas nepabrėžia ekonomiško išteklių naudojimo. Žemiau pateikiami biomimetikos pasiekimų pavyzdžiai, kur šie skirtumai yra ryškiausi. Kuriant polimerines biomedicinines medžiagas buvo naudojamas holoturijos kriauklės (jūros agurko) veikimo principas. Jūros agurkai turi unikalią savybę – jie gali pakeisti kolageno, sudarančio išorinį jų kūno dangą, kietumą. Jūros agurkas, pajutęs pavojų, ne kartą padidina odos standumą, tarsi suplėšytas lukšto. Ir atvirkščiai, jei jam reikia įsispausti į siaurą tarpelį, jis gali taip susilpnėti tarp odos elementų, kad praktiškai virsta skysta želė. Grupei „Case Western Reserve“ mokslininkų pavyko sukurti celiuliozės pluošto pagrindu pagamintą medžiagą, pasižyminčią panašiomis savybėmis: esant vandeniui, ši medžiaga tampa plastiška, o išgaravusi vėl sukietėja. Mokslininkai mano, kad tokia medžiaga labiausiai tinka intracerebriniams elektrodams, kurie ypač naudojami sergant Parkinsono liga, gaminti. Implantuoti į smegenis iš tokios medžiagos pagaminti elektrodai taps plastikiniai ir nepažeis smegenų audinio. JAV pakavimo įmonė „Ecovative Design“ sukūrė grupę atsinaujinančių ir biologiškai skaidžių medžiagų, kurios gali būti naudojamos šilumos izoliacijai, pakuotėms, baldams ir kompiuterių korpusams. McGee net jau turi žaislą, pagamintą iš šios medžiagos. Šioms medžiagoms gaminti naudojami ryžių, grikių ir medvilnės lukštai, ant kurių auginamas grybas Pleurotus ostreatus (austrių grybas). Mišinys, kuriame yra austrių grybų ląstelių ir vandenilio peroksido, dedamas į specialias formas ir laikomas tamsoje, kad produktas sukietėtų veikiamas grybų grybienos. Tada produktas džiovinamas, kad sustabdytų grybelio augimą ir išvengtų alergijos gaminio naudojimo metu. Angela Belcher ir jos komanda sukūrė novub bateriją, kurioje naudojamas modifikuotas M13 bakteriofago virusas. Jis gali prisitvirtinti prie neorganinių medžiagų, tokių kaip auksas ir kobalto oksidas. Dėl viruso savaiminio surinkimo galima gauti gana ilgus nanolaidelius. „Bletcher“ grupei pavyko surinkti daugybę šių nanolaidų, todėl buvo sukurta labai galinga ir itin kompaktiška baterija. 2009 metais mokslininkai pademonstravo galimybę panaudoti genetiškai modifikuotą virusą kuriant ličio jonų akumuliatoriaus anodą ir katodą. Australija sukūrė naujausią Biolytix nuotekų valymo sistemą. Ši filtrų sistema gali labai greitai nuotekas ir maisto atliekas paversti kokybišku vandeniu, kuris gali būti naudojamas laistymui. Biolytix sistemoje visą darbą atlieka kirminai ir dirvožemio organizmai. Naudojant Biolytix sistemą energijos sąnaudos sumažėja beveik 90% ir veikia beveik 10 kartų efektyviau nei įprastos valymo sistemos. Jaunasis australų architektas Thomas Herzig mano, kad pripučiamai architektūrai yra didžiulės galimybės. Jo nuomone, pripučiamos konstrukcijos yra daug efektyvesnės nei tradicinės, dėl savo lengvumo ir minimalių medžiagų sąnaudų. Priežastis slypi tame, kad tempimo jėga veikia tik lanksčią membraną, o gniuždymo jėgai priešinasi kita elastinga terpė – oras, kuris yra visur ir visiškai laisvas. Dėl šio poveikio gamta jau milijonus metų naudoja panašias struktūras: kiekviena gyva būtybė susideda iš ląstelių. Idėja surinkti architektūrines konstrukcijas iš pneumoelementų modulių, pagamintų iš PVC, pagrįsta biologinių korinių struktūrų kūrimo principais. Thomas Herzog patentuotos ląstelės yra itin mažos kainos ir leidžia sukurti beveik neribotą skaičių derinių. Tokiu atveju sugadinus vieną ar net kelis pneumocelius nebus sunaikinta visa konstrukcija. „Calera Corporation“ naudojamas veikimo principas iš esmės imituoja natūralaus cemento, kurį per savo gyvenimą koralai naudoja kalciui ir magniui iš jūros vandens išgauti, sintezę esant normaliai temperatūrai ir slėgiui, kūrimą. O kuriant Calera cementą, anglies dioksidas pirmiausia paverčiamas anglies rūgštimi, iš kurios vėliau gaunami karbonatai. McGee teigia, kad naudojant šį metodą, norint pagaminti vieną toną cemento, reikia fiksuoti maždaug tiek pat anglies dioksido. Cemento gamyba tradiciniu būdu sukelia taršą anglies dvideginiu, tačiau ši revoliucinė technologija, priešingai, paima anglies dvideginį iš aplinkos. Amerikiečių kompanija „Novomer“, kurianti naujas aplinkai nekenksmingas sintetines medžiagas, sukūrė plastikų gamybos technologiją, kai pagrindinės žaliavos naudojamos anglies dvideginis ir anglies monoksidas. McGee pabrėžia šios technologijos vertę, nes šiltnamio efektą sukeliančių ir kitų toksinių dujų išmetimas į atmosferą yra viena iš pagrindinių šiuolaikinio pasaulio problemų. „Novomer“ plastikų technologijoje naujuose polimeruose ir plastikuose gali būti iki 50% anglies dioksido ir anglies monoksido, o šių medžiagų gamybai reikia žymiai mažiau energijos. Tokia gamyba padės surišti nemažą kiekį šiltnamio efektą sukeliančių dujų, o šios medžiagos pačios tampa biologiškai skaidžios. Vos vabzdys paliečia mėsėdžio Veneros muselinių spąstų augalo spąstus lapą, lapo forma iš karto pradeda keistis ir vabzdys atsiduria mirties spąstuose. Alfredui Crosby ir jo kolegoms iš Amhersto universiteto (Masačusetsas) pavyko sukurti polimerinę medžiagą, kuri gali panašiai reaguoti į menkiausius slėgio, temperatūros pokyčius ar veikiant elektros srovei. Šios medžiagos paviršius padengtas mikroskopiniais, oro pripildytais lęšiais, kurie, keičiantis slėgiui, temperatūrai ar veikiant srovei, gali labai greitai pakeisti savo kreivumą (išgaubti arba įgaubti). Šių mikrolęšių dydis svyruoja nuo 50 µm iki 500 µm. Kuo mažesni patys lęšiai ir atstumas tarp jų, tuo medžiaga greičiau reaguoja į išorinius pokyčius. McGee teigia, kad ši medžiaga ypatinga tuo, kad ji sukurta mikro- ir nanotechnologijų sankirtoje. Midijos, kaip ir daugelis kitų dvigeldžių moliuskų, geba tvirtai prisitvirtinti prie įvairiausių paviršių specialių, tvirtų baltymų siūlų – vadinamojo byso – pagalba. Išorinis apsauginis liaukos sluoksnis yra universali, itin patvari ir tuo pačiu neįtikėtinai elastinga medžiaga. Kalifornijos universiteto organinės chemijos profesorius Herbertas Waite'as labai ilgą laiką tyrinėjo midijas ir jam pavyko atkurti medžiagą, kurios struktūra labai panaši į midijų gaminamą medžiagą. McGee teigia, kad Herbertas Waite'as atvėrė visiškai naują tyrimų sritį ir kad jo darbas jau padėjo kitai mokslininkų grupei sukurti „PureBond“ technologiją, skirtą medienos plokščių paviršiams apdoroti nenaudojant formaldehido ir kitų labai toksiškų medžiagų. Ryklio oda turi visiškai unikalią savybę – ant jos nesidaugina bakterijos, o tuo pačiu nepadengta jokiu baktericidiniu lubrikantu. Kitaip tariant, oda bakterijų nenaikina, jos ant jos tiesiog neegzistuoja. Paslaptis slypi specialiame rašte, kurį formuoja mažiausios ryklio odos žvyneliai. Susijungusios viena su kita, šios svarstyklės suformuoja ypatingą deimanto formos raštą. Šis raštas atkuriamas ant Sharklet apsauginės antibakterinės plėvelės. McGee mano, kad šios technologijos pritaikymas yra tikrai neribotas. Iš tiesų, pritaikius tokią tekstūrą, kuri neleidžia bakterijoms daugintis objektų paviršiuje ligoninėse ir viešose vietose, bakterijų galima atsikratyti 80 proc. Tokiu atveju bakterijos nesunaikinamos, todėl jos negali įgyti atsparumo, kaip tai daroma vartojant antibiotikus. „Sharklet“ technologija yra pirmoji pasaulyje technologija, kuri slopina bakterijų augimą nenaudojant toksinių medžiagų. pagal bigpikture.ru