Invenţii noi sugerate de natura

Natura creează operele sale cu o eficienţă maximă. Originalitate, caracter neobişnuit, precizie impecabilă şi economia resurselor cu care natura îşi rezolvă problemele, pur şi simplu, nu poate să nu provoace admiraţie şi dorinţă într-o anumită măsură să copiem aceste substanţe şi procese uimitoare. Ştiinţa care se ocupă de astfel de copiere este numită biomimetica.

Biologul principal la Institutul de biomimetică, Tim McGee, defineşte această ştiinţă ca o imitare conştientă a elementelor naturii vii pentru a crea dispozitive şi tehnologii noi. Termenul însuşi biomimetica (sau bionica) a fost introdus în 1958 de către un om de ştiinţă american, Jack E. Steele. Cuvântul "bionica" a intrat în uz general în anii 70 ai secolului trecut, atunci când pe ecrane au fost lansate filme din seria "Omul de şase milioane de dolari " (The Six Million Dollar Man) şi "Femeia bionică". Tim McGee subliniază că nu ar trebui să cufundăm biomimetica cu biomodelarea, deoarece ultimul termen, spre deosebire de biomimetica nu se concentrează asupra utilizării eficiente a resurselor. McGee identifică următoarele exemple, în care realizările în domeniul biomimeticii sunt deosebit de evidente.

Materiale biomedicale polimerice, la crearea cărora a fost folosit principiul de membrană al animalelor marine din specia Holothuridea sau castraveţii de mare. În 2008, oamenii de ştiinţă, care lucrează în cadrul Cleveland Western Reserve University, s-au interesat de crearea unui nou material medical, care ar avea proprietăţi ale învelişului exterior al animalului Holothuridea. Castraveţii de mare au o caracteristică unică: ei pot schimba fermitatea de colagen, care formează învelişul exterior al corpului. Şi anume, ei sunt capabili să schimbe rigiditatea. Când castravete de mare simte un pericol, el creşte foarte mult rigiditatea pielii, parcă acoperindu-se cu un carapace, şi invers, dacă el are nevoie să se strecoare într-o crăpătură foarte îngustă, el poate slăbi legătura între elementele pielii sale în aşa măsură , că aproape se transformă într-un jeleu. Un grup de savanţi din Case Western Reserve a reuşit să creeze un material pe baza fibrelor celulozice, care are proprietăţi similare, în prezenţa apei acest material devine maleabil, iar atunci când apa se evaporă, din nou se solidifică. Oamenii de ştiinţă consideră că un astfel de material este cel mai potrivit pentru producerea electrozilor intracerebrali utilizaţi, în special, la tratamentul maladiei Parkinson. La implantare în creier electrodul din astfel de material devine maleabil şi nu deteriorează mai mult ţesutul cerebral.

Material de izolare şi de ambalare creat cu ajutorul ciupercilor Pleurotus. Compania americana Ecovative Design, care produce ambalaje, a creat un grup de materiale regenerabile şi biodegradabile, care pot fi utilizate pentru producerea izolatorilor termici, protecţie antiincendiară, precum şi ambalaje. Pentru fabricarea acestor materiale sunt folosite coji de orez, hrişcă şi bumbac, în care creşte o ciupercă specială Pleurotus ostreatus (sau ciuperci Pleurotus). Un amestec care conţine celulele de această ciupercă şi peroxid de hidrogen se plasează în recipiente speciale şi se păstrează la întuneric pentru a se solidifica sub acţiunea miceliului fungic. Apoi, produsul se usucă pentru a opri creşterea ciupercilor şi a preveni apariţia alergiilor la utilizarea produsului. McGee consideră că posibilitatea de a folosi aceste materiale este aproape nelimitată: din ele se poate face totul, inclusiv mobilier şi carcase pentru computere. El are deja o raţă jucărie, realizată din astfel de material.

Dispozitive create cu ajutorul viruşilor. Bioinginerul Angela Belcher şi echipa sa au creat o baterie nouă, în care se utilizează virusul modificat genetic al bacteriofagului M13. Acest virus modificat genetic poate să se leagă de materialele anorganice, cum ar fi aurul şi oxidul de cobalt. Ca urmare a auto-asamblării viruşilor pot fi obţinute nanofire destul de lungi. Un grup de oameni de ştiinţă a reuşit să adune o mulţime de aceste nanofire şi au obţinut o baza pentru o baterie foarte puternică şi extrem de compactă. În 2009, grupul lui Bletcher a demonstrat posibilitatea de a folosi virusul modificat genetic pentru a crea anozi şi catozi la bateria litiu-ion. McGee notifică că este o tehnologie foarte puternică, care nu are analogii.

Sistemul de curăţare, care funcţionează după principiul de curăţare naturală. În Australia a fost dezvoltat un nou sistem de epurare al apelor uzate, Biolytix. Acest sistem de filtrare poate transforma foarte rapid apele de canalizare şi resturile alimentare într-o apă calitativă, care poate fi folosită pentru irigare. McGee subliniază că valoarea deosebită a acestui sistem de filtrare rezidă în faptul că sistemul de filtrare în cauză nu utilizează substanţe chimice nocive şi filtre de curăţare care literalmente mistuie energia. În sistemul Biolytix tot lucru îl fac viermii şi organismele din sol. Apelând la forţele naturii, sistemul Biolytix a redus consumul energiei electrice cu aproape 90%, însă funcţionează de 10 ori mai eficient, decât sistemele de epurare convenţionale.

Celulele pneumatice pentru o arhitectură gonflabilă. Tânărul arhitect australian, Thomas Herzig, consideră că în faţa arhitecturii gonflabile se deschid oportunităţi mari. Potrivit dlui, structurile gonflabile sunt mult mai eficiente decât cele tradiţionale, datorită uşurinţei şi consumului minim de materiale. Motivul este că forţa de întindere acţionează numai asupra membranei flexibile, în timp ce forţei de compresie se opune alt mediu elastic - aerul, care este prezent peste tot şi absolut gratuit. Datorită acestei eficienţe, natura utilizează astfel de construcţii deja timp de milioane de ani. Fiecare fiinţă vie se compune din celule. Prin urmare, ideea de a asambla construcţii arhitecturale din module-celule pneumatice (aceste celule sunt realizate din PVC) se bazează pe principiile structurilor biologice celulare. Aceste celule, patentate de Thomas Herzig, au un cost foarte scăzut şi permit să se creeze un număr practic nelimitat de combinaţii. Totodată, prejudiciul adus unei sau chiar mai multor celule pneumatice nu duce la distrugerea întregii construcţii.

Cimentul ecologic curat de la compania Calera Corporation. Procesul folosit de compania Calera Corporation în mare măsură imită procesul de creare a cimentului natural, în care pe parcursul vieţii sale sunt implicaţi coralii, extrăgând calciu şi magneziu din apa de mare pentru a sintetiza carbonaţii la temperaturi şi presiuni normale. La crearea cimentului Calera dioxid de carbon este convertit în acid carbonic, din care apoi se obţin carbonaţii. McGee spune că, pentru a produce o tonă de ciment este necesar de a folosi aproximativ aceeaşi cantitate de dioxid de carbon (este vorba de molecule cu proprietatea de a lega substanţe). Fabricarea cimentului, în mod tradiţional, duce la poluarea mediului înconjurător cu dioxid de carbon, dar aceasta tehnologie revoluţionară, dimpotrivă, preia dioxidul de carbon din mediul înconjurător.

Compania americana Novomer, care dezvoltă materiale sintetice noi, ecologic curate, a creat o tehnologie pentru a produce materiale plastice, în care ca materie primă principală se utilizează dioxid de carbon şi gaze cu monoxid de carbon. McGee subliniază valoarea acestei tehnologii, deoarece efect de seră şi alte gaze toxice în atmosferă sunt una din principalele probleme ale lumii moderne. În producţia materialelor plastice, conform tehnologiei de la compania Novomer, polimerii şi materialele plastice noi pot conţine până la 50% de dioxid de carbon şi gaze de monoxid de carbon, totodată producerea acestor materiale necesită, în mod semnificativ, mai puţină energie. Această producţie va ajuta la folosirea unei cantităţi semnificative de gaze cu efect de seră, iar materialele fabricate sunt biodegradabile.

Polimerul, care funcţionează după principiul de Dionaea muscipula. De îndată ce insecta atinge frunza capcană a Dionaea muscipula, forma frunzei imediat începe a se schimba şi insecta nimereşte într-o capcană mortală. Alfred Crosby si colegii lui de la Universitatea din Amherst (Massachusetts) a reuşit să creeze un material polimeric, care este capabil să răspundă, în mod similar, la cele mai mici schimbări de presiune, temperatură, sau sub influenţa curentului electric. Suprafaţa acestui material este acoperită cu lentile microscopice, pline de aer, care pot schimba rapid curbura (deveni convexe sau concave) la schimbarea presiunii temperaturii sau sub influenţa curentului. Dimensiunea acestor microlentile variază de la 50 de microni la 500 de microni. Cu cât mai mici sunt lentile şi distanţa între ele, cu atât mai repede materialul răspunde la schimbările externe. McGee spune că particularitatea acestui material rezidă în faptul că acesta a fost creat la intersecţia micro- şi nanotehnologilor.

Stratul de protecţie universal, care imită partea de deasupra protectoare a glandei byssogene la midii. Midiile, la fel ca şi multe alte moluşte bivalve, sunt capabile de a se fixa strâns de diferite suprafeţe datorită filamentelor speciale din proteine – aşa-numitul byssus. Stratul exterior de protecţie a glandei byssogene reprezintă un material universal extrem de durabil şi, în acelaşi timp, incredibil de elastic. Profesorul de Chimie Organică, Herbert Waite de la Universitatea din California, o lungă perioadă de timp a fost angajat în cercetarea midiilor, şi el a reuşit să recreeze un material, al cărei structura este foarte similară cu materialul produs de midii. McGee spune că Herbert Waite a fost capabil să dezvoltă un domeniu cu totul nou de cercetare şi munca lui a ajutat unui alt grup de oameni de ştiinţă să creeze tehnologia PureBond pentru tratarea suprafeţei panourilor de lemn, fără utilizarea substanţelor toxice.

Suprafaţa antibacteriană care funcţionează după principiul pielii de rechin. Pielea de rechin are proprietate absolut unică: pe ea nu se înmulţesc bacterii şi, totodată pielea nu este acoperită cu nici un fel de lubrifiant bactericid. Cu alte cuvinte, pielea nu ucide bacteriile, ea pur şi simplu nu le are. Secretul rezidă într-un anumit desen, format de solzii mici ale pielii de rechin. Conectând între ele, aceste solzi formează un desen special romboid, care este reprodus pe filmului de protecţie antibacterian. McGee consideră că utilizarea acestei tehnologii este fără margini. Într-adevăr, aplicarea unei astfel de textură, care nu oferă bacteriilor posibilitatea de a se înmulţi pe suprafaţa obiectelor în spitale şi locuri publice, ajută la scăparea a 80% de bacterii. În acest caz, bacteriile nu sunt distruse şi, prin urmare, nu pot dobândi rezistenţă, aşa cum este cazul antibioticelor. Tehnologia Sharklet este prima tehnologie din lume, care deprimă creşterea bacteriilor fără utilizarea substanţelor toxice.

Sursa: zelife.ru