У зростаючій галузі біомімікрії, в якій інженери, дослідники та архітектори шукають у біологічному світі відповіді на загальні проблеми дизайну, 2014 рік розгорнувся як багатий рік на інновації в робототехніці, зелених технологіях та медицині. Вчені та інженери офіційно визнали цінність застосування еволюційно відібраних рис до складних дизайнерських завдань та розробили величезну кількість нових технологій, натхненних живими організмами. Від роботизованих восьминогів до сонячних клітин молі, біомімікрія сформувала спосіб вирішення інженерних проблем, провіщаючи великі перспективи для майбутнього технологій.
Погляд на природу для натхнення дизайном не був новим поняттям. Під час італійського Відродження винахідник Леонардо да Вінчі вивчав різноманітних літаючих тварин у своєму прагненні створити машину для польотів, керованих людиною. Натхненний перетинчастими крилами кажанів та їх унікальними рухами, Леонардо сформував крила свого «орнітоптера», використовуючи сосновий каркас, покритий дрібним шовком; крила скручувались, коли вони махали. Хоча вигадка ніколи не летіла, дизайн Леонардо був явно спробою імітувати природні подвиги, які він так пильно спостерігав. Так само швейцарський інженер Джордж де Местраль знаходив натхнення в 1941 році в чіпких задирах, що застрягли в його мисливській куртці та шерсті собаки. Ефективний зачіпний механізм задирок в кінцевому підсумку призвів до його створення системи кріплення гачком і петлею, відомої як липучки.
Сучасна біомімікрія стала можливою завдяки еволюції - механізму, за допомогою якого природа сортує та тестує незліченні прототипи, щоб знайти відповідні пристосування для даної популяції організмів. Вибірковий тиск ставить кожну варіацію на остаточне випробування: виживання. Якщо ознака не дає організму змогу конкурувати, використовувати ресурси та розмножуватися, вона відсівається від популяції. З огляду на це, біолог Джанін Бенюс ввів термін біомімікріяв 1997 році за ідею, що люди можуть і повинні позичити перевірені зразки, надані природним світом. Біомімікрія дозволяє інженерам та дослідникам використовувати успіхи еволюції та застосовувати їх для задоволення потреб людського середовища. Замість того, щоб намагатися вирішити проблеми проектування з нуля, вчені можуть шукати перевірені природою результати для ідей.
Біомімікрія в медицині.
Біомімікрія дозволила зробити кілька захоплюючих подій у галузі медицини. Дослідники з Техаського університету в Остіні розглянули механізм слуху паразитичної мухи Ormia ochracea, щоб розробити крихітний сверхчутливий слуховий апарат у 2014 році. Оснащений спеціалізованими вушками, O. ochracea здатний слідувати за звуками цвіркунних цвіркунів паразитувати. У людей звуки надходять до одного вуха трохи раніше, ніж до іншого, дозволяючи мозку розпізнати напрямок, з якого виходили звуки. Вуха мух настільки маленькі і настільки щільно прилягають одне до одного, що звуки надходять на обидва вуха майже в один і той же час. Для компенсації барабанні перетинки О. ochraceaз'єднані структурою, подібною до качалки, яка посилює незначні відмінності в часі надходження звуків і таким чином дозволяє комахові точно знаходити свою здобич. Дослідники скопіювали цей механізм гойдалок, щоб створити крихітний пристрій, який можна використовувати в слухових апаратах наступного покоління, або створити адаптивні мікрофони, які фокусуються на певних звуках або розмовах.
Паразити також послужили натхненням для нових хірургічних мікроігл, що використовуються для кріплення шкірних трансплантатів. Подібно до голови Pomphorhynchus laevis , паразитичного кишкового хробака, кінчики цих крихітних голочок набрякають при контакті з водою. Ця особливість дозволяє як хробакам, так і голкам прилипати до м’яких тканин з мінімальними пошкодженнями та завдавати тканині незначної травми, коли вони здуваються та відділяються від неї. Вчені виявили, що ці мікроігли легко піддаються обороту і що вони забезпечують втричі сильнішу адгезію, ніж звичайні хірургічні скоби.
Біомімікрія також використовувалась для боротьби з підвищенням стійкості до наркотиків бактерій у лікарнях та інших медичних закладах. Помітивши, що акули менш вразливі до вусиків і водоростей, ніж багато інших морських організмів, дослідники виявили мікроскопічні текстури на шкірі акули, які суттєво стримували ріст цих організмів і, що дивно, у різних бактерій, відповідальних за лікарняні інфекції. Дослідники скопіювали ці текстури, щоб створити синтетичну шкіру акули, яку можна наносити на різні поверхні, починаючи від медичних пристроїв і закінчуючи комп'ютерними клавіатурами, щоб запобігти росту шкідливих бактерій.
Біомімікрія в робототехніці.
Біомімікрія призвела до розробки ряду інноваційних робототехнічних форм. У 2014 році група італійських дослідників розпочала процес патентування гнучкого багатозброєного робота, натхненного восьминогами. Традиційно роботи були обмежені кутовими формами та твердими тілами, що зменшувало їх функціональність. Роботизований восьминіг, який зміг плавати і повзати по перешкодах та навколо них, був м’якого корпусу і мав шість гнучких рук, якими можна хапатись та маніпулювати предметами. Для плавання деякі його гнучкі відростки забезпечували тягу, тоді як інші забезпечували стійкість. З подальшим розвитком такі роботи можуть бути використані в глибоководних розвідках та в пошуково-рятувальних операціях.
Подібним чином інженери з Університету Вірджинії будували «Мантабот» - м’якого робочого плавального робота, натхненного скатами та променями манти. Промені є потужними плавцями і здатні ковзати на великі відстані для економії енергії. Мантабот, оснащений гнучкими крилоподібними плавниками з кремнію та пластику, був сформований із справжнього коров'ячого променя. Його ефективне плавання імітувало справжні промені і могло бути використано для збору морських даних для вчених або проведення підводного нагляду за військовими.
Біомімікрія в зелених технологіях.
Зелена технологія також виграла від зростання кількості застосувань біоміміки. У 2014 році швейцарські дослідники опублікували статтю, в якій анонсували новий тип сонячних батарей, натхненних очима садової молі. Щоб бачити вночі та уникати уваги хижаків, очі молі високоефективні при поглинанні світла. Використовуючи частинки оксиду вольфраму, покриті оксидом заліза, вчені змогли імітувати спосіб, яким очі молі поглинають майже все падаюче світло і тим самим створюють високоефективні сонячні елементи. Поглинаючи світло, яке відбивають інші сонячні елементи, ці сонячні елементи, натхненні моллю, мали великий потенціал для розвитку сонячних технологій.
Намагаючись зменшити значну кількість птахів, загиблих внаслідок зіткнень із вікнами, що відображали відкрите небо, вчені з біоміміки шукали натхнення у павутинних мереж. Шовк-павук відбиває ультрафіолет (УФ), і хоча ця властивість майже непомітна для людей та багатьох комах, вона діє як ефективний стримуючий фактор для птахів і тим самим захищає мережу від руйнування. Вчені імітували цю особливість, щоб створити скло, безпечне для птахів, яке було вбудоване у смуги УФ-відбиваючого матеріалу у візерунки, що нагадували павутину. За оцінками, щорічно від 100 до одного мільярда птахів гине в Сполучених Штатах через зіткнення вікон, здатність захищеного від птахів скла значно зменшити кількість загибелі таких птахів обіцяла бути екологічно чистим проривом.
З огляду на неймовірну різноманітність життя, дослідники біомімікриї мали, здавалося б, нескінченний запас організмів та пристосувань, з яких можна було черпати натхнення. Біомімікрія призвела до дивовижної колекції технологічних досягнень, починаючи від самонаповнення пляшок води, що імітували пустельних жуків, до самоочищаючої фарби, натхненної гідрофобним листям лотоса. Припускаючи, що людство може зберегти біорізноманіття, яке є рушієм біомімікрії, місце обіцяє продовжувати генерувати інноваційні рішення. Дивлячись на риси еволюції, які були ретельно перевірені протягом тисячоліть, біомімікра дозволила інженерам та вченим «вчитися у наших старших» та використовувати успіхи природи для інформування дизайну та технологій.
Меліса Петруццелло
