Наука биомиметика сейчас находится на начальной стадии развития. Биомиметика - это поиск и заимствование различных идей у природы и использование их для решения задач, стоящих перед человечеством. Оригинальность, необычность, безупречная точность и экономия ресурсов, в которой природа решает свои задачи просто не может не восхищать и не вызывать желание в какой-то мере скопировать эти удивительные процессы, вещества и конструкции.
Термин биомиметика был введен в употребление в 1958 году американским ученым Джеком Э. Стилом. А слово "бионика" вошло во всеощее употребление в 70-х годах прошлого века, когда на телеэкраны вышли сериалы "Человек за шесть миллионов долларов" и "Биотическая женщина". Тим МакГи предупреждает, что не следует смешивать непосредственно биометрику с биоинспирированным моделированием, так как в отличии от биомиметики, биоинспирированное моделирование не делает упора на экономном использовании ресурсов. Ниже будут приведены примеры достижений биомиметики, где эти различия проявляются наиболее ярко.
При создании полимерных биомедичинских материалов был использован принцип работы оболочки голотурии (морской огурец). Морские огурцы обладают уникальной чертой - они могут менять твердость коллагена, формирующего внешний покров их тела. Когда морской огурец чувствует опасность, он многократно увеличивает жесткость своей кожи, как будто порываясь панцирем. И наоборот, если ему надо протиснуться в узкую щель, он может настолько ослабить между элементами своей кожи, что она практически превращается в текучий студень.
Группе ученых из Case Western Reserve удалось создать материал на основе целлюлозных волокон, обладающий сходными свойствами: в присутствии воды этот материал становится пластичным, а при ее испарении вновь застывает. Ученые полагают, что такой материал наиболее пригоден для производства внутримозговых электродов, которые применяются, в частности, при болезни Паркинсона. При вживлении в мозг электроды из такого материала будут становиться пластичными, и не будут повреждать мозговую ткань.
Американская компания Ecovative Design, производящая упаковку, создала группу возобновляемых и биоразлагаемых материалов, которые можно использовать для производства термоизоляции, упаковки, мебели и корпусов компьютеров. У МакГи даже уже есть игрушка, сделанная из этого материала. Для производства этих материалов используется шелуха риса, гречихи и хлопчатника, на которых выращивается гриб Pleurotus ostreatus (вешенка). Смесмь, содержащая клетки вешенки и пероксид водорода, помещается в специальные формы и выдерживается в темноте, чтобы под воздействием грибного мицелия изделие затвердело. Затем изделие высушивается, чтобы остановить рост гриба и предотвратить появление аллергии в процессе использования данного изделия.
Анджела Белчер и ее группа создали новуб батарею, в работе которой используется модифицированный вирус бактериофаг М13. Он способен прикрепляться к неорганическим материалам, таким как золото и оксид кобальта. В результате самосборки вирусов можно получать довольно длинные нанопровода. Группа Блетчер смогла собрать множество таких нанопроводов, в результате чего получилась основа очень мощной и черезвычайно компактной батареи. В 2009 году ученые продемонстрировали возможность использования генетически модифицированного вируса для создания анода и катода литийно-ионного аккумулятора.
В Австралии разработана новейшая система очистки сточных вод Biolytix. Данная система фильтров может очень быстро превращать канализационные стоки и пищевые отбросы в качественную воду, которую можно использовать для полива. В системе Biolytix всю работу проделывают черви и почвенные организмы. Использование системы Biolytix сокращает потребление электроэнергии почти на 90% и работая почти в 10 раз эффективнее обычных очистительных систем.
Молодой австралийский архитектор Томас Херциг считает, что пере надувной архитектурой открываются огромные возможности. По его мнению, надувные конструкции намного эффективнее традиционных, благодаря своей легкости и минимальному расходу материала. Причина кроется в том, что растягивающее усилие действует только на гибкую мембрану, в то время как усилию сжатия противостоит другая эластичная среда - воздух, которая присутствует повсюду и совершенно бесплатно. Благодаря такому эффекту природа использует подобные конструкции на протяжении миллионов лет: каждое живое существо состоит из клеток.
Идея собирать архитектурные конструкции из модулей-пневмоклеток, сделанных из ПВХ, основывается на принципах построения биологических клеточных структур. Клетки, запатентованные Томасом Герцогом, обладают чернь низкой стоимостью и позволяют создавать практически неограниченнное количество комбинаций. При этом повреждение одной или даже нескольких пневмоклеток не повлечет за собой разрушение всей конструкции.
Принцип действия, используемый компанией Calera Corporation, во многом имитирует создание природного цемента, которым в процессе своей жизнедеятельности занимаются кораллы, извлекая кальций и магний из морской воды, чтобы синтезировать карбонаты при нормальных температурах и давлениях. иПри создании цемента Calera углекислый газ сначала превращают в угольную кислоту, из которой затем получают карбонаты. МакГи говорит, что при таком способе для производства одной тонны цемента необходимо связать примерно столько же углекислого газа. Производство цемента традиционным способом приводит к загрязнению окружающей среды углекислым газом, но эта революционная технология наоборот – забирает углекислый газ из окружающей среды.
Американская компания Novomer, разрабатывающая новые экологически чистые синтетические материалы, создала технологию получения пластмасс, где в качестве основного сырья используется углекислый и угарный газы. МакГи подчеркивает ценность этой технологии, так как выброс парниковых и других токсичных газов в атмосферу является одной из основных проблем современного мира. При производстве пластмасс по технологии компании Novomer, новые полимеры и пластмассы могут содержать до 50% углекислого и угарного газов, и при этом на производство этих материалов требуется значительно меньше энергии. Такое производство поможет связывать существенное количество парниковых газов, а сами эти материалы становятся биоразлагаемыми.
Стоит только насекомому коснуться ловчего листа хищного растения Венериной мухоловки, как форма листа немедленно начинает меняться, и насекомое оказывается в смертельной ловушке. Альфреду Кросби и его коллегам из Амхерстского университета (штат Массачусетс) удалось создать полимерный материал, который в состоянии подобным образом реагировать на малейшие изменения давления, температуры, либо под воздействием электрического тока. Поверхность этого материала покрывают микроскопические, заполненные воздухом линзы, которые могут очень быстро менять свою кривизну (становиться выпуклыми или вогнутыми) при изменении давления, температуры, либо под воздействием тока. Размер этих микролинз варьируется от 50 мкм до 500 мкм. Чем меньше сами линзы и расстояние между ними, тем с большей скоростью материал реагирует на внешние изменения. МакГи говорит, что особенностью данного материала является то, что он создан на стыке микро- и нанотехнологий.
Мидии, как и многие другие двустворчатые моллюски, умеют намертво прикрепляться к самым различным поверхностями при помощи особых, сверхпрочных белковых нитей – так называемого биссуса. Внешний защитный слой биссусной железы представляет собой универсальный, чрезвычайно прочный и в то же время невероятно эластичный материал. Профессор органической химии Герберт Уэйт из Калифорнийского университета очень долго занимался исследованием мидий, и ему удалось воссоздать материал, структура которого очень похожа на материал, вырабатываемый мидиями. МакГи говорит, что Герберту Уэйту удалось открыть целое поле для новых исследований, и что его работа уже помогла другой группе ученых создать технологию PureBond для обработки поверхностей деревянных панелей без применения формальдегида и других высокотоксичных веществ.
Акулья кожа обладает совершенно уникальным свойством – на ней не размножаются бактерии, и при этом она не покрыта никакой бактерицидной смазкой. Другими словами – кожа не убивает бактерии, их на ней просто нет. Секрет кроется в особом рисунке, который образуют мельчайшие чешуйки акульей кожи. Соединяясь друг с другом, эти чешуйки образуют особый ромбовидный узор. Вот этот узор и воспроизводится на защитной антибактериальной пленке Sharklet. МакГи считает, что применение этой технологии поистине безгранично. Действительно, нанесение подобной текстуры, не дающей размножаться бактериям, на поверхности предметов в больницах и местах общественного пользования позволяет избавиться от бактерий на 80%. При этом бактерии не уничтожаются, а, следовательно, они не могут приобрести резистентность, как в случае с антибиотиками. Технология Sharklet – это первая в мире технология, подавляющая рост бактерий без использования токсичных веществ.
по материалам bigpikture.ru
Изобретения, подсказанные природой
