Винаходи, натхненні природою

Біоміметика зараз знаходиться на ранній стадії розвитку. Біоміметики є пошук і запозичення різноманітних ідей у ​​природи та їх використання для вирішення проблем, що постають перед людством. Оригінальність, незвичайність, бездоганна точність і економія ресурсів, в яких природа вирішує свої завдання, просто не можуть не радувати і викликати бажання певною мірою копіювати ці дивовижні процеси, речовини і структури. Термін біоміметика ввів у 1958 році американський вчений Джек Е. Стіл. А в загальний вжиток слово «біоніка» увійшло в 70-х роках минулого століття, коли на телебаченні вийшли серіали «Людина за шість мільйонів доларів» і «Біотична жінка». Тім МакГі застерігає, що біометрію не слід плутати безпосередньо з біоінспірованим моделюванням, оскільки, на відміну від біоміметики, біоінспіроване моделювання не наголошує на економному використанні ресурсів. Нижче наведено приклади досягнень біоміметики, де ці відмінності проявляються найбільше. При створенні полімерних медичних матеріалів використовувався принцип дії мушлі голотурії (морського огірка). Морські огірки мають унікальну властивість – вони можуть змінювати твердість колагену, який утворює зовнішню оболонку їх тіла. Коли морський огірок відчуває небезпеку, він багаторазово збільшує жорсткість своєї шкірки, ніби її розриває шкаралупа. І навпаки, якщо йому потрібно протиснутися у вузьку щілину, він може настільки розслабитися між елементами своєї шкіри, що вона практично перетвориться на рідке желе. Групі вчених з Case Western Reserve вдалося створити матеріал на основі целюлозних волокон зі схожими властивостями: у присутності води цей матеріал стає пластичним, а при її випаровуванні знову застигає. Вчені вважають, що такий матеріал найбільше підходить для виробництва внутрішньомозкових електродів, які використовуються, зокрема, при хворобі Паркінсона. При імплантації в мозок електроди з такого матеріалу стануть пластичними і не пошкодять тканини мозку. Американська пакувальна компанія Ecovative Design створила групу відновлюваних і біорозкладаних матеріалів, які можна використовувати для теплоізоляції, упаковки, меблів і комп'ютерних корпусів. У МакГі навіть вже є іграшка з цього матеріалу. Для виробництва цих матеріалів використовується лушпиння рису, гречки та бавовни, на яких вирощують гриб Pleurotus ostreatus (глива). Суміш, що містить клітини гливи і перекис водню, поміщають у спеціальні форми і витримують у темряві, щоб продукт затвердів під впливом міцелію грибів. Потім продукт висушують, щоб зупинити ріст грибка та запобігти алергії під час використання продукту. Анджела Белчер та її команда створили акумулятор Novub, який використовує модифікований вірус-бактеріофаг M13. Він здатний приєднуватися до неорганічних матеріалів, таких як золото та оксид кобальту. В результаті самозбірки вірусу можна отримати досить довгі нанодроти. Група Блетчера змогла зібрати багато з цих нанодротів, в результаті чого створили дуже потужну та надзвичайно компактну батарею. У 2009 році вчені продемонстрували можливість використання генетично модифікованого вірусу для створення анода і катода літій-іонного акумулятора. Австралія розробила новітню систему очищення стічних вод Biolytix. Ця система фільтрів може дуже швидко перетворити стічні води та харчові відходи на якісну воду, яку можна використовувати для поливу. У системі Biolytix всю роботу виконують черв’яки та ґрунтові організми. Використання системи Biolytix знижує споживання енергії майже на 90% і працює майже в 10 разів ефективніше, ніж звичайні системи очищення. Молодий австралійський архітектор Томас Герциг вважає, що для надувної архітектури відкриваються величезні можливості. На його думку, надувні конструкції набагато ефективніші традиційних, завдяки своїй легкості та мінімальній витраті матеріалів. Причина полягає в тому, що сила розтягування діє тільки на гнучку мембрану, а силі стиснення протидіє інше пружне середовище – повітря, яке присутнє скрізь і абсолютно вільно. Завдяки цьому ефекту природа мільйони років використовує подібні структури: кожна жива істота складається з клітин. Ідея складання архітектурних конструкцій з пневмокоміркових модулів з ПВХ базується на принципах побудови біологічних коміркових структур. Клітини, запатентовані Томасом Херцогом, мають надзвичайно низьку вартість і дозволяють створювати практично необмежену кількість комбінацій. При цьому пошкодження одного або навіть декількох пневмоелементів не спричинить за собою руйнування всієї конструкції. Принцип роботи, який використовує корпорація Calera, значною мірою імітує створення природного цементу, який корали використовують протягом свого життя для вилучення кальцію та магнію з морської води з метою синтезу карбонатів за нормальних температур і тиску. А при створенні цементу Calera вуглекислий газ спочатку перетворюють на вугільну кислоту, з якої потім отримують карбонати. МакГі каже, що за допомогою цього методу для виробництва однієї тонни цементу необхідно фіксувати приблизно стільки ж вуглекислого газу. Виробництво цементу традиційним способом призводить до забруднення вуглекислим газом, але ця революційна технологія, навпаки, забирає вуглекислий газ з навколишнього середовища. Американська компанія Novomer, яка розробляє нові екологічно чисті синтетичні матеріали, створила технологію виробництва пластмас, де в якості основної сировини використовуються вуглекислий і чадний газ. МакГі підкреслює цінність цієї технології, оскільки викид парникових та інших токсичних газів в атмосферу є однією з головних проблем сучасного світу. У технології пластмас Novomer нові полімери та пластмаси можуть містити до 50% вуглекислого та чадного газу, а виробництво цих матеріалів потребує значно менше енергії. Таке виробництво допоможе зв'язати значну кількість парникових газів, а самі ці матеріали стануть біорозкладаними. Як тільки комаха торкається листка-ловця хижої рослини Венериної мухоловки, форма листка відразу починає змінюватися, і комаха опиняється в смертельній пастці. Альфреду Кросбі і його колегам з Університету Амхерста (Массачусетс) вдалося створити полімерний матеріал, здатний подібним чином реагувати на найменші зміни тиску, температури або під впливом електричного струму. Поверхня цього матеріалу покрита мікроскопічними, заповненими повітрям лінзами, які можуть дуже швидко змінювати свою кривизну (стати опуклими або увігнутими) при зміні тиску, температури або під дією струму. Розмір цих мікролінз коливається від 50 мкм до 500 мкм. Чим менше самі лінзи і відстань між ними, тим швидше матеріал реагує на зовнішні зміни. МакГі каже, що цей матеріал особливий у тому, що він створений на стику мікро- та нанотехнологій. Мідії, як і багато інших двостулкових молюсків, здатні міцно прикріплюватися до різноманітних поверхонь за допомогою особливих надміцних білкових ниток – так званих біссів. Зовнішній захисний шар біссальної залози є універсальним, надзвичайно міцним і водночас неймовірно еластичним матеріалом. Професор органічної хімії Герберт Уейт з Каліфорнійського університету дуже довго досліджував мідії, і йому вдалося відтворити матеріал, структура якого дуже схожа на матеріал, який виробляють мідії. МакГі каже, що Герберт Уейт відкрив цілу нову область досліджень, і що його робота вже допомогла іншій групі вчених створити технологію PureBond для обробки поверхонь дерев’яних панелей без використання формальдегіду та інших високотоксичних речовин. Шкіра акули має абсолютно унікальну властивість - на ній не розмножуються бактерії, і при цьому вона не покрита ніяким бактерицидним мастилом. Іншими словами, шкіра не вбиває бактерії, їх на ній просто немає. Секрет криється в особливому малюнку, який утворюють найдрібніші лусочки акулячої шкіри. З'єднуючись один з одним, ці лусочки утворюють особливий ромбовидний малюнок. Цей малюнок відтворений на захисній антибактеріальній плівці Sharklet. Макгі вважає, що застосування цієї технології справді безмежне. Дійсно, нанесення такої текстури, яка не дозволяє бактеріям розмножуватися на поверхні предметів у лікарнях і громадських місцях, дозволяє позбутися бактерій на 80%. При цьому бактерії не знищуються, а отже, не можуть набути стійкості, як у випадку з антибіотиками. Технологія Sharklet — перша в світі технологія, що пригнічує ріст бактерій без використання токсичних речовин. за матеріалами bigpikture.ru