Vynálezy inšpirované prírodou

Veda o biomimetike je teraz v ranom štádiu vývoja. biomimetiky je hľadanie a požičiavanie si rôznych myšlienok z prírody a ich využitie pri riešení problémov, ktorým ľudstvo čelí. Originalita, nezvyčajnosť, dokonalá presnosť a hospodárnosť zdrojov, v ktorých príroda rieši svoje problémy, jednoducho nemôže len potešiť a vyvolať túžbu do určitej miery kopírovať tieto úžasné procesy, látky a štruktúry. Termín biomimetika zaviedol v roku 1958 americký vedec Jack E. Steele. A slovo „bionika“ sa začalo bežne používať v 70. rokoch minulého storočia, keď sa v televízii objavili seriály „The Six Million Dollar Man“ a „The Biotic Woman“. Tim McGee varuje, že biometria by sa nemala priamo zamieňať s bioinšpirovaným modelovaním, pretože na rozdiel od biomimetiky bioinšpirované modelovanie nekladie dôraz na ekonomické využívanie zdrojov. Nižšie sú uvedené príklady úspechov biomimetiky, kde sú tieto rozdiely najvýraznejšie. Pri vytváraní polymérnych biomedicínskych materiálov bol použitý princíp fungovania škrupiny holotúrie (morská uhorka). Morské uhorky majú jedinečnú vlastnosť – dokážu zmeniť tvrdosť kolagénu, ktorý tvorí vonkajší obal ich tela. Keď morská uhorka vycíti nebezpečenstvo, opakovane zvyšuje tuhosť svojej šupky, akoby ju roztrhla škrupina. Naopak, ak sa potrebuje vtesnať do úzkej štrbiny, môže medzi prvkami pokožky tak zoslabnúť, že sa z nej prakticky stane tekuté želé. Skupine vedcov z Case Western Reserve sa podarilo vytvoriť materiál na báze celulózových vlákien s podobnými vlastnosťami: v prítomnosti vody sa tento materiál stáva plastickým a keď sa odparí, opäť stuhne. Vedci sa domnievajú, že takýto materiál je najvhodnejší na výrobu intracerebrálnych elektród, ktoré sa používajú najmä pri Parkinsonovej chorobe. Po implantácii do mozgu sa elektródy vyrobené z takéhoto materiálu stanú plastickými a nepoškodia mozgové tkanivo. Americká obalová spoločnosť Ecovative Design vytvorila skupinu obnoviteľných a biologicky odbúrateľných materiálov, ktoré možno použiť na tepelnú izoláciu, obaly, nábytok a počítačové skrine. McGee už dokonca má hračku vyrobenú z tohto materiálu. Na výrobu týchto materiálov sa používajú šupky ryže, pohánky a bavlny, na ktorých sa pestuje huba Pleurotus ostreatus (hliva ustricová). Zmes obsahujúca bunky hlivy ustricovej a peroxid vodíka sa vloží do špeciálnych foriem a uchováva sa v tme, aby sa produkt pod vplyvom hubového mycélia vytvrdil. Produkt sa potom suší, aby sa zastavil rast plesní a zabránilo sa alergiám počas používania produktu. Angela Belcher a jej tím vytvorili novub batériu, ktorá využíva modifikovaný bakteriofágový vírus M13. Je schopný sa pripojiť k anorganickým materiálom, ako je zlato a oxid kobaltu. V dôsledku samousporiadania vírusu je možné získať pomerne dlhé nanodrôty. Bletcherova skupina dokázala zostaviť mnoho z týchto nanodrôtov, výsledkom čoho bol základ veľmi výkonnej a extrémne kompaktnej batérie. V roku 2009 vedci demonštrovali možnosť použitia geneticky modifikovaného vírusu na vytvorenie anódy a katódy lítium-iónovej batérie. Austrália vyvinula najnovší systém čistenia odpadových vôd Biolytix. Tento filtračný systém dokáže veľmi rýchlo premeniť splašky a potravinový odpad na kvalitnú vodu, ktorú možno použiť na zavlažovanie. V systéme Biolytix plnia všetku prácu červy a pôdne organizmy. Používanie systému Biolytix znižuje spotrebu energie takmer o 90 % a funguje takmer 10-krát efektívnejšie ako bežné čistiace systémy. Mladý austrálsky architekt Thomas Herzig verí, že pre nafukovaciu architektúru existujú obrovské príležitosti. Podľa jeho názoru sú nafukovacie konštrukcie oveľa efektívnejšie ako tradičné, a to vďaka ich ľahkosti a minimálnej spotrebe materiálu. Dôvod spočíva v tom, že ťahová sila pôsobí len na pružnú membránu, pričom proti tlakovej sile pôsobí iné elastické médium – vzduch, ktorý je prítomný všade a úplne zadarmo. Vďaka tomuto efektu príroda využíva podobné štruktúry už milióny rokov: každá živá bytosť pozostáva z buniek. Myšlienka zostavenia architektonických štruktúr z pneumocell modulov vyrobených z PVC je založená na princípoch budovania biologických bunkových štruktúr. Články, patentované Thomasom Herzogom, sú mimoriadne lacné a umožňujú vytvárať takmer neobmedzené množstvo kombinácií. V tomto prípade poškodenie jedného alebo dokonca niekoľkých pneumobuniek nebude mať za následok zničenie celej štruktúry. Princíp fungovania korporácie Calera do značnej miery napodobňuje tvorbu prírodného cementu, ktorý koraly využívajú počas svojho života na extrakciu vápnika a horčíka z morskej vody s cieľom syntetizovať uhličitany pri normálnych teplotách a tlakoch. A pri tvorbe cementu Calera sa oxid uhličitý najskôr premení na kyselinu uhličitú, z ktorej sa potom získajú uhličitany. McGee hovorí, že pri tejto metóde je na výrobu jednej tony cementu potrebné fixovať približne rovnaké množstvo oxidu uhličitého. Výroba cementu tradičným spôsobom vedie k znečisteniu oxidom uhličitým, no táto revolučná technológia naopak oxid uhličitý z prostredia odoberá. Americká spoločnosť Novomer, ktorá vyvíja nové ekologické syntetické materiály, vytvorila technológiu na výrobu plastov, kde sa ako hlavné suroviny používa oxid uhličitý a oxid uhoľnatý. McGee zdôrazňuje hodnotu tejto technológie, keďže uvoľňovanie skleníkových plynov a iných toxických plynov do atmosféry je jedným z hlavných problémov moderného sveta. V technológii plastov spoločnosti Novomer môžu nové polyméry a plasty obsahovať až 50 % oxidu uhličitého a oxidu uhoľnatého a výroba týchto materiálov si vyžaduje podstatne menej energie. Takáto výroba pomôže viazať značné množstvo skleníkových plynov a samotné tieto materiály sa stanú biologicky odbúrateľnými. Akonáhle sa hmyz dotkne lapacieho listu mäsožravej mucholapky Venuše, okamžite sa začne meniť tvar listu a hmyz sa ocitne v smrtiacej pasci. Alfredovi Crosbymu a jeho kolegom z Amherst University (Massachusetts) sa podarilo vytvoriť polymérny materiál, ktorý je schopný podobným spôsobom reagovať aj na najmenšie zmeny tlaku, teploty či pod vplyvom elektrického prúdu. Povrch tohto materiálu je pokrytý mikroskopickými, vzduchom naplnenými šošovkami, ktoré môžu veľmi rýchlo meniť svoje zakrivenie (stať sa konvexným alebo konkávnym) pri zmenách tlaku, teploty alebo pod vplyvom prúdu. Veľkosť týchto mikrošošoviek sa pohybuje od 50 µm do 500 µm. Čím menšie sú samotné šošovky a vzdialenosť medzi nimi, tým rýchlejšie materiál reaguje na vonkajšie zmeny. McGee hovorí, že to, čo robí tento materiál výnimočným, je to, že je vytvorený na priesečníku mikro- a nanotechnológie. Slávky, podobne ako mnohé iné lastúrniky, sa dokážu pevne prichytiť na rôzne povrchy pomocou špeciálnych, vysokovýkonných proteínových vlákien – takzvaných byssov. Vonkajšia ochranná vrstva byssálnej žľazy je všestranný, extrémne odolný a zároveň neuveriteľne elastický materiál. Profesor organickej chémie Herbert Waite z Kalifornskej univerzity skúmal mušle už veľmi dlho a podarilo sa mu vytvoriť materiál, ktorého štruktúra je veľmi podobná materiálu, ktorý produkujú mušle. McGee hovorí, že Herbert Waite otvoril úplne novú oblasť výskumu a že jeho práca už pomohla ďalšej skupine vedcov vytvoriť technológiu PureBond na ošetrenie povrchov drevených panelov bez použitia formaldehydu a iných vysoko toxických látok. Žraločia koža má úplne unikátnu vlastnosť – nemnožia sa na nej baktérie a zároveň nie je pokrytá žiadnym baktericídnym lubrikantom. Inými slovami, pokožka baktérie nezabíja, jednoducho na nej neexistujú. Tajomstvo spočíva v špeciálnom vzore, ktorý tvoria najmenšie šupinky žraločej kože. Tieto váhy, ktoré sa navzájom spájajú, vytvárajú špeciálny vzor v tvare diamantu. Tento vzor je reprodukovaný na ochrannom antibakteriálnom filme Sharklet. McGee verí, že aplikácia tejto technológie je skutočne neobmedzená. Aplikácia takej textúry, ktorá nedovoľuje množeniu baktérií na povrchu predmetov v nemocniciach a na verejných miestach, sa môže zbaviť baktérií o 80%. V tomto prípade nie sú baktérie zničené, a preto nemôžu získať rezistenciu, ako je to v prípade antibiotík. Sharklet Technology je prvá technológia na svete, ktorá inhibuje rast baktérií bez použitia toxických látok. podľa bigpikture.ru