Досягнення биомиметика в наслідуванні законів природи
У природі все ідеально розраховане. Вона розумна, раціональна і винахідлива, тому вчені та інженери з усього світу намагаються скопіювати її принципи в лабораторіях. Використання ідей, запозичених у живої природи, називається биомиметика.
«Биомиметика є свідоме імітування мудрих законів природи», - говорить Тім МакГі (Tim McGee), старший біолог Інституту биомиметика, некомерційної організації, яка об`єднує вчених, інженерів і архітекторів, які намагаються створити екологічно чисті технології. «Ми намагаємося зрозуміти структури і методи природи, як і чому вони діють».
МакГі зазначає тонка різниця між биомиметика і біоінспірірованним моделюванням. За його словами, биомиметика зазвичай прагне до розумного використання ресурсів, в той час, як для біоінспірірованного моделювання це не настільки важливо.
Ось 10 прикладів, що яскраво демонструють досягнення биомиметика на думку МакГі.
2. Биомедицинские синтетичні матеріали, що імітують властивості морського огірка
Імплантація електродів в мозок може допомогти в рішенні неврологічних проблем, однак використовувані при цьому жорсткі синтетичні матеріали зменшують позитивний ефект від лікування. У 2008 році вчені університету Кейс Вестерн Резерв спробували вирішити цю проблему, вивчаючи оболонку морського огірка.
«Його губчаста оболонка змінюється від м`якої структури до жорсткої», - говорить МакГі. Вчені під керівництвом професора Крістофа Ведера (Christoph Weder) створили новий матеріал з тонких волокон целюлози в полімерній матриці. Результати досліджень були опубліковані в Science.
Залежно від зовнішніх умов волокна вивільняються або зв`язуються разом. Це адаптується медичний матеріал: за відсутності води він жорсткий, а при додаванні її - розм`якшується. «Завдяки своїй чутливості до зовнішніх умов, такі матеріали допомагають довше зберегти здоров`я», - додає МакГі.
3. Пакувальні матеріали, засновані на діяльності грибків
МакГі наводить як приклад компанію Ecovative Design, що знаходиться біля міста Троя, в штаті Нью-Йорк. Компанія використовує цвілеві грибки для створення міцного, але, в той же час, биоразлагаемого пакувального матеріалу.
За допомогою грибів-гіфоміцетов сільськогосподарські відходи перерабативатся в хітин (жорстке волокнисте речовина, що є продуктом життєдіяльності грибків). МакГі вважає, що цей спосіб можна використовувати для виробництва широкого ряду продуктів, починаючи від меблів і системних блоків і закінчуючи більш складними структурами.
«У мене навіть є гумове каченя, якого співробітники компанії зробили саме таким способом просто для розваги», - говорить він. «Це технологічна основа для створення необхідних товарів з відходів».
4. Пристрої, створені вірусами
Здатність вірусів до самоорганізації наштовхнула Анджелу Белчер (Angela Belcher) і її колег по Массачусетському технологічному інституту на думку використовувати генну інженерію, щоб змусити віруси формувати функціонують пристрої. У 2009 році в своїй статті в Science команда вчених описала, як їм вдалося змусити нешкідливий вірус трансформуватися в батарейку.
«Що в цьому класно, так це те, що все це створено в наномасштабе», - говорить МакГі. «Вони виростили транзистори, батарейки. Це ціла технологія, притому абсолютно нова ». МакГі також відзначає дослідження, проведені гарвардським вченим Джоан Айзенберг (Joanna Aizenberg), яка вирощує і маніпулює наноструктурами.
5. Фільтри, що імітують процеси розкладання в лісі
Відео: Природний закон успіху
Вивчення процесів розкладання на нижньому поверсі лісів і на берегах річок надихнуло австралійську компанію Biolytix на створення системи водоочищення, що базується на живих організмах, таких, як черв`яки і жуки. Така система, яка використовує живий «гумус», не вимагає застосування хімікатів і працює набагато краще, ніж стандартний септик-тенк.
«Їх система обробляє відходи в 10 разів ефективніше, ніж септик-тенк», - говорить МакГі. Компанія сильно постраждала від повеней в Австралії і Новій Зеландії і була змушена заявити про банкрутство. «На жаль, більш розумні і новаційні системи і матеріали не завжди переважають на ринку», - додає МакГі.
6. Модульні пристрої, що імітують властивості людських клітин
Австрійський архітектор Томас Херциг (Thomas Herzig), вражений тим, як біологічні клітини утворюють тканину, створив з ПВХ модульні «клітини», з яких можна зібрати різні види конструкцій, в тому числі курені і тенти. Херциг назвав свій винахід «пневмоклеткамі» і запатентував його.
«З них можна зібрати все, що хочете», - говорить МакГі. «Ця технологія є яскравим прикладом короткочасної архітектури, що створює швидкоспоруджуваних пристосовуються конструкції з малими енергетичними затратами». Надувні «пневмоклеткі» мають воздухонепроніцаемостью, вогнестійкість, здатні затримувати сонячну радіацію і зберігати свою форму. Завдяки конструкції мембрани, навіть якщо одна з клітин буде пошкоджена, інші збережуть форму утвореної структури.
7. Цемент на основі структури коралових рифів
Магнієві і кальцієві ультраструктури коралів надихнули каліфорнійську компанію Calera Corporation на розробку процесу перетворення вуглекислого газу з викопних рослин і морської води в «екологічний цемент». Ця технологія блокує молекули вуглекислого газу замість того, щоб збільшувати його кількість, як це відбувається при виробництві звичайного портландцементу.
«При виробництві однієї тонни нового виду цементу відбувається зв`язування однієї тонни вуглекислого газу», - говорить МакГі. «Взагалі-то, виробництво цементу - одне з найшкідливіших виробництв за кількістю виділяється в атмосферу вуглекислого газу, але ця технологія змінить правила гри», - додає він.
8. Синтетичні матеріали, що імітують діяльність дерев
Так само, як і дерева, массачусетська компанія Novomer, що випускає екологічні синтетичні матеріали, використовує вуглекислий газ в якості ресурсу. Вуглекислий газ, отриманий при виробництві спирту та нафтохімічних матеріалів, за допомогою каталітичної реакції, розробленої в Корнельському університеті, використовується для виробництва полімерів.
«Для нас величезні викиди вуглекислого газу - це велика проблема, а для рослин це - велике благо», - говорить МакГі. «Замість того, щоб шукати нафту або вирощувати біомасу для вугілля, необхідного для виробництва синтетиков, краще використовувати той самий вуглекислий газ, який ми зараховуємо до шкідливих відходів».
9. вистачає поверхні, що імітують дії венериної мухоловки
Відео: Чому не можна ображатися на батьків, або Навіть і в думках не будеш лихословити батька і матір
Вчений з Амхерстского університету в штаті Массачусетс, Альфред Кросбі (Alfred Crosby), вирішив ближче поглянути на те, як діє венерина мухоловка, що допомогло йому розробити новий вид полімерної поверхні. Рослина має крихітні волоски, при дотику до яких наводяться в дію листя, які закриваються і захоплюють видобуток.
У статті, опублікованій в 2007 році в Advanced Materials, Кросбі описав, як йому з колегами вдалося зімітувати цю здатність рослини і створити полімер, покритий крихітними лінзами, які можуть ставати то опуклими, то увігнутими, додаючи матеріалу здатність перебудовуватися.
«Я дуже вражений роботою Ала Кросбі, так як вона об`єднує разом нанотехнології і мікротехнології», - говорить МакГі. «Ал і його команда черпають натхнення в природі, вивчають що відбуваються в ній процеси, а потім намагаються зрозуміти, як можна зімітувати їх, використовуючи наші технології».
10. Клейкі речовини, що імітують здатність мідій
Навіть водонепроникні перев`язувальні матеріали, в кінці кінців, зношуються. Професор органічної хімії Каліфорнійського університету Герберт Уейт (Herbert Waite) придумав, як змусити бинти краще прилягати до вологих поверхнях. Він досліджував те, як морські організми, наприклад, мідії, тримаються на місці.
Мідії висовують пучок щільних ниток, так званих биссус, які здатні приклеїтися до восковим, скляним, кістяним і металевих поверхонь. Вивчаючи биссус, Уейт намагався створити білкові волокна, які б повторювали цю здатність мідій.
«Герб відкрив нове поле для досліджень і виявив творчий підхід до вивчення навколишнього світу», - говорить МакГі. «Його робота надихнула інших вчених на їх дослідження - наприклад, на розробку PureBond, безпечного деревного продукту, що не містить формальдегід».
11. Антибактеріальні поверхні, що імітують здатність акулячої шкіри
Акули, в порівнянні з іншими морськими мешканцями, рухаються повільніше, але при цьому не носять на собі бактерій. Використовуючи дослідження Флоридського університету, компанія Sharklet Technologies розробила унікальну плівку, що обмежує зростання мікроорганізмів.
«Вся справа в формі її шкіри. По-науковому кажучи, ця форма, її структура, залежить від того, як з`єднані дрібні лусочки шкіри », - заявив генеральний директор компанії Джо Баган (Joe Bagan) в інтерв`ю Discovery News в 2008 році. «Цією особливістю не володіє більше ніхто з тварин, і, ми впевнені, що зможемо використовувати цю розробку для підтримки чистоти».
Плівка Sharklet має товщину всього в 3 мікрона, але Баган вважає її «Еверестом» для бактерії.
«Найцікавіше, що акули позбавляються від бактерій тільки за допомогою текстури своєї шкіри, не використовуючи хімічні речовини», - говорить МакГі. «Такий метод позбавлення від бактерій, що не знищує їх, був би дуже корисний в лікарнях, так як при цьому малоймовірно, що бактерії придбають резистентність».
