A természet által ihletett találmányok

A biomimetika tudománya jelenleg a fejlődés korai szakaszában van. Biomimetikumok különböző ötletek felkutatása és kölcsönzése a természettől, valamint felhasználásuk az emberiség előtt álló problémák megoldására. Az eredetiség, a szokatlanság, a kifogástalan pontosság és az erőforrás-takarékosság, amelyben a természet megoldja problémáit, egyszerűen csak örömet okoz, és vágyat kelt ezeknek a csodálatos folyamatoknak, anyagoknak és struktúráknak bizonyos mértékig másolására. A biomimetika kifejezést Jack E. Steele amerikai tudós alkotta meg 1958-ban. A „bionika” szót pedig a múlt század 70-es éveiben kezdték el általánosan használni, amikor a „The Six Million Dollar Man” és a „The Biotic Woman” című sorozatok megjelentek a televízióban. Tim McGee felhívja a figyelmet arra, hogy a biometriát nem szabad közvetlenül összekeverni a bioinspirált modellezéssel, mivel a biomimetikumokkal ellentétben a bioinspirált modellezés nem hangsúlyozza az erőforrások gazdaságos felhasználását. Az alábbiakban a biomimetika vívmányaira mutatunk be példákat, ahol ezek a különbségek a legkifejezettebbek. A polimer biomedicinális anyagok létrehozásakor a holoturi héj (tengeri uborka) működési elvét alkalmazták. A tengeri uborka egyedülálló tulajdonsággal rendelkezik – képes megváltoztatni a testük külső borítását alkotó kollagén keménységét. Amikor a tengeri uborka veszélyt érzékel, ismételten megnöveli bőrének merevségét, mintha egy héj szakította volna el. Ezzel szemben, ha szűk résbe kell bepréselődnie, annyira elgyengülhet a bőre elemei között, hogy az gyakorlatilag folyékony zselévé válik. A Case Western Reserve tudósainak egy csoportjának sikerült cellulózszálakon alapuló, hasonló tulajdonságokkal rendelkező anyagot létrehoznia: víz jelenlétében ez az anyag képlékenysé válik, majd elpárolgása után újra megszilárdul. A tudósok úgy vélik, hogy az ilyen anyag a legalkalmasabb intracerebrális elektródák előállítására, amelyeket különösen a Parkinson-kórban használnak. Ha az agyba ültetik, az ilyen anyagból készült elektródák műanyagokká válnak, és nem károsítják az agyszövetet. Az amerikai Ecovative Design csomagolócég létrehozta a megújuló és biológiailag lebomló anyagok csoportját, amelyek hőszigetelésre, csomagolásra, bútorokra és számítógépházakra használhatók. McGee-nek már van ebből az anyagból készült játéka. Ezen anyagok előállításához a rizs, a hajdina és a gyapot héját használják fel, amelyen a Pleurotus ostreatus (laskagomba) gombát termesztik. A laskagomba sejteket és hidrogén-peroxidot tartalmazó keveréket speciális formákba helyezik, és sötétben tartják, hogy a termék gomba micélium hatására megkeményedjen. A terméket ezután megszárítják, hogy megállítsák a gomba növekedését és megakadályozzák az allergiát a termék használata során. Angela Belcher és csapata megalkotott egy novub akkumulátort, amely módosított M13 bakteriofág vírust használ. Képes kötődni olyan szervetlen anyagokhoz, mint az arany és a kobalt-oxid. A vírus önszerveződésének eredményeként meglehetősen hosszú nanovezetékek nyerhetők. A Bletcher csoportja sok ilyen nanovezetéket össze tudott állítani, ami egy nagyon erős és rendkívül kompakt akkumulátort eredményezett. 2009-ben a tudósok bemutatták annak lehetőségét, hogy egy génmódosított vírus segítségével lítium-ion akkumulátor anódját és katódját készítsék el. Ausztrália kifejlesztette a legújabb Biolytix szennyvíztisztító rendszert. Ez a szűrőrendszer nagyon gyorsan képes a szennyvizet és az élelmiszer-hulladékot minőségi vízzé alakítani, amely öntözésre használható. A Biolytix rendszerben minden munkát a férgek és a talaj élőlényei végeznek. A Biolytix rendszer használata közel 90%-kal csökkenti az energiafogyasztást, és csaknem 10-szer hatékonyabban működik, mint a hagyományos tisztítórendszerek. A fiatal ausztrál építész, Thomas Herzig úgy véli, óriási lehetőségek rejlenek a felfújható építészetben. Véleménye szerint a felfújható szerkezetek könnyedségük és minimális anyagfelhasználásuk miatt sokkal hatékonyabbak, mint a hagyományosak. Az ok abban rejlik, hogy a húzóerő csak a hajlékony membránra hat, míg a nyomóerővel egy másik rugalmas közeg – a levegő – áll szemben, amely mindenhol jelen van és teljesen szabadon. Ennek a hatásnak köszönhetően a természet több millió éve használ hasonló szerkezeteket: minden élőlény sejtekből áll. A PVC-ből készült pneumocellás modulokból építészeti szerkezetek összeállításának ötlete a biológiai sejtszerkezetek felépítésének elvein alapul. A Thomas Herzog által szabadalmaztatott cellák rendkívül alacsony költségűek, és szinte korlátlan számú kombináció létrehozását teszik lehetővé. Ebben az esetben egy vagy akár több pneumocella károsodása nem jelenti a teljes szerkezet megsemmisülését. A Calera Corporation működési elve nagyrészt utánozza a természetes cement létrejöttét, amelyet a korallok életük során kalcium és magnézium kinyerésére használnak a tengervízből, hogy normál hőmérsékleten és nyomáson karbonátokat szintetizáljanak. A Calera cement létrehozása során pedig a szén-dioxidot először szénsavvá alakítják át, amiből aztán karbonátokat nyernek. McGee azt mondja, hogy ezzel a módszerrel egy tonna cement előállításához körülbelül ugyanannyi szén-dioxidot kell rögzíteni. A cement hagyományos módon történő előállítása szén-dioxid-szennyezéshez vezet, de ez a forradalmi technológia éppen ellenkezőleg, kivonja a szén-dioxidot a környezetből. Az új, környezetbarát szintetikus anyagokat fejlesztő amerikai Novomer cég olyan műanyagok előállításának technológiáját alkotta meg, ahol a szén-dioxidot és a szén-monoxidot használják fő alapanyagként. McGee hangsúlyozza ennek a technológiának az értékét, mivel az üvegházhatású gázok és más mérgező gázok légkörbe jutása a modern világ egyik fő problémája. A Novomer műanyagtechnológiájában az új polimerek és műanyagok akár 50% szén-dioxidot és szén-monoxidot is tartalmazhatnak, ezen anyagok előállítása lényegesen kevesebb energiát igényel. Az ilyen termelés elősegíti az üvegházhatású gázok jelentős mennyiségének megkötését, és ezek az anyagok maguk is biológiailag lebomlóvá válnak. Amint egy rovar megérinti egy húsevő Vénusz légycsapda növény csapdázó levelét, a levél alakja azonnal megváltozni kezd, és a rovar halálcsapdában találja magát. Alfred Crosbynak és kollégáinak az Amherst Egyetemről (Massachusetts) sikerült olyan polimer anyagot létrehozniuk, amely hasonló módon képes reagálni a legkisebb nyomás-, hőmérséklet-változásra vagy elektromos áram hatására is. Ennek az anyagnak a felületét mikroszkopikus, levegővel töltött lencsék borítják, amelyek a nyomás, a hőmérséklet vagy az áram hatására nagyon gyorsan megváltoztathatják görbületüket (domborúvá vagy homorúvá válnak). Ezeknek a mikrolencséknek a mérete 50 µm és 500 µm között változik. Minél kisebbek maguk a lencsék és a köztük lévő távolság, annál gyorsabban reagál az anyag a külső változásokra. McGee szerint az teszi különlegessé ezt az anyagot, hogy a mikro- és nanotechnológia metszéspontjában jött létre. A kagylók, mint sok más kéthéjú kagyló, speciális, nagy teherbírású fehérjeszálak – az úgynevezett byssus – segítségével képesek szilárdan tapadni különféle felületekhez. A byssal mirigy külső védőrétege sokoldalú, rendkívül tartós és egyben hihetetlenül rugalmas anyag. Herbert Waite, a Kaliforniai Egyetem szerves kémia professzora nagyon régóta kutatta a kagylókat, és sikerült újra létrehoznia egy olyan anyagot, amelynek szerkezete nagyon hasonlít a kagylók által termelt anyaghoz. McGee azt mondja, hogy Herbert Waite egy teljesen új kutatási területet nyitott meg, és munkája már segített egy másik tudóscsoportnak létrehozni a PureBond technológiát fa panelek felületeinek formaldehid és más erősen mérgező anyagok használata nélkül történő kezelésére. A cápabőr egy teljesen egyedi tulajdonsággal rendelkezik – nem szaporodnak el rajta a baktériumok, ugyanakkor nem fedi be semmilyen baktériumölő kenőanyag. Vagyis a bőr nem pusztítja el a baktériumokat, egyszerűen nem léteznek rajta. A titok egy különleges mintában rejlik, amelyet a cápabőr legkisebb pikkelyei alkotnak. Ezek a mérlegek egymással összekapcsolódva különleges gyémánt alakú mintát alkotnak. Ezt a mintát a Sharklet védő antibakteriális fólia reprodukálja. McGee úgy véli, hogy ennek a technológiának az alkalmazása valóban korlátlan. Valójában egy ilyen textúra alkalmazása, amely nem teszi lehetővé a baktériumok elszaporodását a tárgyak felületén kórházakban és nyilvános helyeken, 80%-kal megszabadulhat a baktériumoktól. Ebben az esetben a baktériumok nem pusztulnak el, ezért nem tudnak ellenállni, mint az antibiotikumoknál. A Sharklet technológia a világ első technológiája, amely mérgező anyagok használata nélkül gátolja a baktériumok növekedését. a bigpikture.ru szerint