Dabas iedvesmoti izgudrojumi

Biomimētikas zinātne šobrīd ir agrīnā attīstības stadijā. Biomimētiskie līdzekļi ir dažādu ideju meklēšana un aizgūšana no dabas un to izmantošana, lai risinātu problēmas, ar kurām saskaras cilvēce. Oriģinalitāte, neparastums, nevainojama precizitāte un resursu ekonomija, kurā daba risina savas problēmas, vienkārši nevar neiepriecināt un izraisīt vēlmi kaut kādā mērā kopēt šos apbrīnojamos procesus, vielas un struktūras. Terminu biomimētika 1958. gadā ieviesa amerikāņu zinātnieks Džeks E. Stīls. Un vārdu “bionika” vispārēji lietoja pagājušā gadsimta 70. gados, kad televīzijā parādījās seriāli “The Six Million Dollar Man” un “The Biotic Woman”. Tims Makgī brīdina, ka biometriju nevajadzētu tieši jaukt ar bioinspired modelēšanu, jo atšķirībā no biomimētikas bioiedvesmotā modelēšana neuzsver resursu ekonomisku izmantošanu. Zemāk ir biomimētikas sasniegumu piemēri, kur šīs atšķirības ir visizteiktākās. Veidojot polimēru biomedicīnas materiālus, tika izmantots holotūrijas čaumalas (jūras gurķa) darbības princips. Jūras gurķiem ir unikāla īpašība – tie spēj mainīt ķermeņa ārējo apvalku veidojošā kolagēna cietību. Sajūtot briesmas, jūras gurķis vairākkārt palielina ādas stingrību, it kā čaumalas saplēsts. Un otrādi, ja viņam ir nepieciešams iespiesties šaurā spraugā, viņš var tik ļoti vājināties starp ādas elementiem, ka tas praktiski pārvēršas šķidrā želeja. Zinātnieku grupai no Case Western Reserve izdevās izveidot materiālu, kura pamatā ir celulozes šķiedras ar līdzīgām īpašībām: ūdens klātbūtnē šis materiāls kļūst plastmasas, un, iztvaikojot, tas atkal sacietē. Zinātnieki uzskata, ka šāds materiāls ir vispiemērotākais intracerebrālo elektrodu ražošanai, ko īpaši izmanto Parkinsona slimības gadījumā. Implantējot smadzenēs, no šāda materiāla izgatavoti elektrodi kļūs plastmasas un nebojā smadzeņu audus. ASV iepakojuma uzņēmums Ecovative Design ir izveidojis atjaunojamo un bioloģiski noārdāmo materiālu grupu, ko var izmantot siltumizolācijai, iepakojumam, mēbelēm un datoru korpusiem. McGee pat jau ir no šī materiāla izgatavota rotaļlieta. Šo materiālu ražošanai izmanto rīsu, griķu un kokvilnas sēnalas, uz kurām audzē sēnīti Pleurotus ostreatus (austeresēne). Maisījumu, kas satur austeru sēņu šūnas un ūdeņraža peroksīdu, ievieto īpašās veidnēs un tur tumsā, lai produkts sacietētu sēņu micēlija ietekmē. Pēc tam produkts tiek žāvēts, lai apturētu sēnīšu augšanu un novērstu alerģiju produkta lietošanas laikā. Angela Belcher un viņas komanda ir izveidojuši novub akumulatoru, kurā tiek izmantots modificēts M13 bakteriofāga vīruss. Tas spēj piestiprināties pie neorganiskiem materiāliem, piemēram, zelta un kobalta oksīda. Vīrusa pašmontāžas rezultātā var iegūt diezgan garus nanovadus. Bletcher grupa spēja samontēt daudzus no šiem nanovadiem, kā rezultātā tika izveidots ļoti jaudīgs un ārkārtīgi kompakts akumulators. 2009. gadā zinātnieki demonstrēja iespēju izmantot ģenētiski modificētu vīrusu, lai izveidotu litija jonu akumulatora anodu un katodu. Austrālija ir izstrādājusi jaunāko Biolytix notekūdeņu attīrīšanas sistēmu. Šī filtru sistēma var ļoti ātri pārvērst notekūdeņus un pārtikas atkritumus kvalitatīvā ūdenī, ko var izmantot apūdeņošanai. Biolytix sistēmā visu darbu veic tārpi un augsnes organismi. Biolytix sistēmas izmantošana samazina enerģijas patēriņu par gandrīz 90% un darbojas gandrīz 10 reizes efektīvāk nekā parastās tīrīšanas sistēmas. Jaunais austrāliešu arhitekts Tomass Hercigs uzskata, ka piepūšamajai arhitektūrai ir milzīgas iespējas. Viņaprāt, piepūšamās konstrukcijas ir daudz efektīvākas nekā tradicionālās, pateicoties to vieglumam un minimālajam materiāla patēriņam. Iemesls ir tajā, ka stiepes spēks iedarbojas tikai uz elastīgo membrānu, savukārt spiedes spēkam pretojas cita elastīga vide – gaiss, kas ir visur un pilnīgi brīvs. Pateicoties šim efektam, daba jau miljoniem gadu izmanto līdzīgas struktūras: katra dzīvā būtne sastāv no šūnām. Ideja par arhitektūras konstrukciju montāžu no pneimošūnu moduļiem, kas izgatavoti no PVC, balstās uz bioloģisko šūnu struktūru veidošanas principiem. Thomas Herzog patentētās šūnas ir ārkārtīgi zemas izmaksas un ļauj izveidot gandrīz neierobežotu skaitu kombināciju. Šajā gadījumā viena vai pat vairāku pneimošūnu bojājumi neizraisīs visas struktūras iznīcināšanu. Calera Corporation izmantotais darbības princips lielā mērā atdarina dabiskā cementa radīšanu, ko koraļļi savas dzīves laikā izmanto, lai no jūras ūdens iegūtu kalciju un magniju, lai normālā temperatūrā un spiedienā sintezētu karbonātus. Un Calera cementa radīšanā oglekļa dioksīds vispirms tiek pārveidots par ogļskābi, no kuras pēc tam iegūst karbonātus. Makgī stāsta, ka ar šo metodi, lai saražotu vienu tonnu cementa, nepieciešams fiksēt aptuveni tikpat daudz oglekļa dioksīda. Cementa ražošana tradicionālā veidā noved pie oglekļa dioksīda piesārņojuma, bet šī revolucionārā tehnoloģija, gluži pretēji, ņem oglekļa dioksīdu no vides. Amerikāņu uzņēmums Novomer, kas izstrādā jaunus videi draudzīgus sintētiskos materiālus, ir radījis plastmasas ražošanas tehnoloģiju, kur kā galvenās izejvielas tiek izmantots oglekļa dioksīds un oglekļa monoksīds. Makgī uzsver šīs tehnoloģijas vērtību, jo siltumnīcefekta gāzu un citu toksisku gāzu izplūde atmosfērā ir viena no galvenajām mūsdienu pasaules problēmām. Novomer plastmasas tehnoloģijā jaunie polimēri un plastmasas var saturēt līdz pat 50% oglekļa dioksīda un oglekļa monoksīda, un šo materiālu ražošanai nepieciešams ievērojami mazāk enerģijas. Šāda ražošana palīdzēs piesaistīt ievērojamu daudzumu siltumnīcefekta gāzu, un šie materiāli paši kļūst bioloģiski noārdāmi. Tiklīdz kukainis pieskaras gaļēdāja Venus mušu slazda auga slazdošajai lapai, lapas forma nekavējoties sāk mainīties, un kukainis nonāk nāves slazdā. Alfrēdam Krosbijam un viņa kolēģiem no Amherstas universitātes (Masačūsetsa) izdevās izveidot polimēru materiālu, kas spēj līdzīgi reaģēt uz mazākajām spiediena, temperatūras izmaiņām vai elektriskās strāvas ietekmē. Šī materiāla virsma ir pārklāta ar mikroskopiskām, ar gaisu pildītām lēcām, kas var ļoti ātri mainīt savu izliekumu (kļūt izliektas vai ieliektas), mainoties spiedienam, temperatūrai vai strāvas ietekmē. Šo mikrolēcu izmērs svārstās no 50 µm līdz 500 µm. Jo mazākas ir pašas lēcas un attālums starp tām, jo ​​ātrāk materiāls reaģē uz ārējām izmaiņām. Makgī stāsta, ka šo materiālu īpašu padara tas, ka tas radīts mikro- un nanotehnoloģiju krustpunktā. Gliemenes, tāpat kā daudzas citas gliemenes, spēj stingri piestiprināties pie dažādām virsmām, izmantojot īpašus, izturīgus proteīna pavedienus – tā saukto byssus. Bisāla dziedzera ārējais aizsargslānis ir daudzpusīgs, īpaši izturīgs un tajā pašā laikā neticami elastīgs materiāls. Organiskās ķīmijas profesors Herberts Vaits no Kalifornijas universitātes ļoti ilgu laiku ir pētījis gliemenes, un viņam izdevās no jauna izveidot materiālu, kura struktūra ir ļoti līdzīga mīdiju ražotajam materiālam. McGee saka, ka Herberts Vaits ir pavēris pilnīgi jaunu pētniecības jomu un ka viņa darbs jau ir palīdzējis citai zinātnieku grupai izveidot PureBond tehnoloģiju koka paneļu virsmu apstrādei, neizmantojot formaldehīdu un citas ļoti toksiskas vielas. Haizivju ādai ir pavisam unikāla īpašība – uz tās nevairojas baktērijas, un tajā pašā laikā to neklāj neviens baktericīds lubrikants. Citiem vārdiem sakot, āda nenogalina baktērijas, tās uz tās vienkārši nepastāv. Noslēpums slēpjas īpašā rakstā, ko veido mazākie haizivju ādas zvīņas. Savienojot viens ar otru, šie svari veido īpašu rombveida rakstu. Šis raksts ir atveidots uz Sharklet aizsargājošās antibakteriālās plēves. McGee uzskata, ka šīs tehnoloģijas pielietojums ir patiesi neierobežots. Patiešām, pielietojot šādu tekstūru, kas neļauj baktērijām vairoties uz objektu virsmas slimnīcās un sabiedriskās vietās, var atbrīvoties no baktērijām par 80%. Šajā gadījumā baktērijas netiek iznīcinātas, un tāpēc tās nevar iegūt rezistenci, kā tas ir ar antibiotikām. Sharklet tehnoloģija ir pasaulē pirmā tehnoloģija, kas kavē baktēriju augšanu, neizmantojot toksiskas vielas. saskaņā ar bigpikture.ru