Изобретения, вдъхновени от природата

Науката за биомиметиката сега е в ранен етап на развитие. биомиметиката е търсене и заимстване на различни идеи от природата и използването им за решаване на проблемите пред човечеството. Оригиналността, необичайността, безупречната точност и икономията на ресурси, в които природата решава проблемите си, просто не могат да не радват и да предизвикат желание да копират до известна степен тези невероятни процеси, вещества и структури. Терминът биомиметика е въведен през 1958 г. от американския учен Джак Е. Стийл. А думата „бионика“ навлезе в широка употреба през 70-те години на миналия век, когато по телевизията се появиха сериалите „Човекът от шест милиона долара“ и „Биотичната жена“. Тим Макгий предупреждава, че биометричните данни не трябва да се бъркат директно с биоинспирираното моделиране, тъй като, за разлика от биомиметиката, биоинспирираното моделиране не набляга на икономичното използване на ресурсите. По-долу са дадени примери за постиженията на биомиметиката, където тези различия са най-силно изразени. При създаването на полимерни биомедицински материали е използван принципът на действие на холотуровата черупка (морска краставица). Морските краставици имат уникална черта – те могат да променят твърдостта на колагена, който образува външната обвивка на тялото им. Когато морската краставица усети опасност, тя многократно увеличава твърдостта на кожата си, сякаш разкъсана от черупка. Обратно, ако трябва да се стисне в тясна междина, той може толкова да отслабне между елементите на кожата си, че на практика да се превърне в течно желе. Група учени от Case Western Reserve успяха да създадат материал на базата на целулозни влакна с подобни свойства: в присъствието на вода този материал става пластичен, а когато се изпари, отново се втвърдява. Учените смятат, че такъв материал е най-подходящ за производството на интрацеребрални електроди, които се използват по-специално при болестта на Паркинсон. Когато се имплантират в мозъка, електродите от такъв материал ще станат пластмасови и няма да увредят мозъчната тъкан. Американската компания за опаковки Ecovative Design създаде група от възобновяеми и биоразградими материали, които могат да се използват за топлоизолация, опаковки, мебели и компютърни кутии. McGee дори вече има играчка, изработена от този материал. За производството на тези материали се използват люспи от ориз, елда и памук, върху които се отглежда гъбата Pleurotus ostreatus (гъба стрида). Смес, съдържаща клетки от стриди и водороден прекис, се поставя в специални форми и се държи на тъмно, така че продуктът да се втвърди под въздействието на мицела на гъбите. След това продуктът се изсушава, за да се спре растежа на гъбичките и да се предотвратят алергии по време на употребата на продукта. Анджела Белчер и нейният екип създадоха батерия Novub, която използва модифициран вирус на бактериофаг M13. Той може да се прикрепи към неорганични материали като злато и кобалтов оксид. В резултат на самосглобяването на вируса могат да се получат доста дълги нанонижи. Групата на Bletcher успя да сглоби много от тези нанопроводници, което доведе до основата на много мощна и изключително компактна батерия. През 2009 г. учени демонстрираха възможността за използване на генетично модифициран вирус за създаване на анод и катод на литиево-йонна батерия. Австралия разработи най-новата система за пречистване на отпадъчни води Biolytix. Тази филтърна система може много бързо да превърне канализацията и хранителните отпадъци в качествена вода, която може да се използва за напояване. В системата Biolytix червеите и почвените организми вършат цялата работа. Използването на системата Biolytix намалява консумацията на енергия с почти 90% и работи почти 10 пъти по-ефективно от конвенционалните системи за почистване. Младият австралийски архитект Томас Херциг вярва, че има огромни възможности за надуваема архитектура. Според него надуваемите конструкции са много по-ефективни от традиционните, поради своята лекота и минимален разход на материали. Причината се крие в това, че силата на опън действа само върху гъвкавата мембрана, докато на силата на натиск се противопоставя друга еластична среда – въздухът, който присъства навсякъде и е напълно свободен. Благодарение на този ефект природата използва подобни структури от милиони години: всяко живо същество се състои от клетки. Идеята за сглобяване на архитектурни конструкции от пневмоклетъчни модули, изработени от PVC, се основава на принципите на изграждане на биологични клетъчни структури. Клетките, патентовани от Томас Херцог, са с изключително ниска цена и ви позволяват да създавате почти неограничен брой комбинации. В този случай увреждането на една или дори няколко пневмоклетки няма да доведе до разрушаване на цялата структура. Принципът на работа, използван от Calera Corporation, до голяма степен имитира създаването на естествен цимент, който коралите използват по време на живота си, за да извличат калций и магнезий от морската вода, за да синтезират карбонати при нормални температури и налягания. И при създаването на цимента Calera въглеродният диоксид първо се превръща във въглеродна киселина, от която след това се получават карбонати. Макгий казва, че с този метод, за да се произведе един тон цимент, е необходимо да се фиксира приблизително същото количество въглероден диоксид. Производството на цимент по традиционния начин води до замърсяване с въглероден диоксид, но тази революционна технология, напротив, отнема въглероден диоксид от околната среда. Американската компания Novomer, която разработва нови екологично чисти синтетични материали, създаде технология за производство на пластмаса, при която въглеродният диоксид и въглеродният окис се използват като основни суровини. Макгий подчертава стойността на тази технология, тъй като изпускането на парникови газове и други токсични газове в атмосферата е един от основните проблеми на съвременния свят. В пластмасовата технология на Novomer новите полимери и пластмаси могат да съдържат до 50% въглероден диоксид и въглероден оксид, а производството на тези материали изисква значително по-малко енергия. Такова производство ще спомогне за свързването на значително количество парникови газове, а самите тези материали стават биоразградими. Веднага щом насекомо докосне листата на хищното растение Венерина мухоловка, формата на листа незабавно започва да се променя и насекомото се озовава в смъртоносен капан. Алфред Кросби и неговите колеги от университета Амхърст (Масачузетс) успяха да създадат полимерен материал, който може да реагира по подобен начин на най-малките промени в налягането, температурата или под въздействието на електрически ток. Повърхността на този материал е покрита с микроскопични, пълни с въздух лещи, които могат много бързо да променят своята кривина (да станат изпъкнали или вдлъбнати) при промени в налягането, температурата или под въздействието на ток. Размерът на тези микролещи варира от 50 µm до 500 µm. Колкото по-малки са самите лещи и разстоянието между тях, толкова по-бързо материалът реагира на външни промени. McGee казва, че това, което прави този материал специален е, че е създаден в пресечната точка на микро- и нанотехнологиите. Мидите, подобно на много други двучерупчести мекотели, са в състояние да се прикрепят здраво към различни повърхности с помощта на специални, тежки протеинови нишки - така наречените бисуси. Външният защитен слой на бисаловата жлеза е многофункционален, изключително издръжлив и в същото време невероятно еластичен материал. Професорът по органична химия Хърбърт Уейт от Калифорнийския университет изследва мидите от много дълго време и успя да пресъздаде материал, чиято структура е много подобна на материала, произведен от мидите. Макгий казва, че Хърбърт Уейт е открил изцяло нова област на изследване и че неговата работа вече е помогнала на друга група учени да създадат технология PureBond за третиране на повърхности от дървени панели без използването на формалдехид и други силно токсични вещества. Кожата на акула има напълно уникално свойство - бактериите не се размножават върху нея и в същото време не е покрита с бактерициден лубрикант. С други думи, кожата не убива бактериите, те просто не съществуват върху нея. Тайната се крие в специален модел, който се формира от най-малките люспи на кожата на акула. Свързвайки се помежду си, тези люспи образуват специален модел с форма на диамант. Този модел е възпроизведен върху защитното антибактериално фолио Sharklet. McGee вярва, че приложението на тази технология е наистина неограничено. Наистина, прилагането на такава текстура, която не позволява на бактериите да се размножават върху повърхността на предмети в болници и обществени места, може да се отърве от бактериите с 80%. В този случай бактериите не се унищожават и следователно не могат да придобият резистентност, както е при антибиотиците. Технологията Sharklet е първата в света технология за инхибиране на бактериалния растеж без използването на токсични вещества. според bigpikture.ru