Inženjerstvo inspirisano prirodom: biomimikrija

Podelite ovaj post:

Da li ste znali da su neka od najpoznatijih otkrića koja su promenila naš svet, poput aviona, dronova, robota i super brzih vozova, nastala posmatranjem prirode i živih bića u njoj?

Živi svet je oduvek inspirisao naučnike. Glavna ideja koja je okupila brojne istraživače širom sveta, bila je da je priroda već davno rešila sve probleme koji “muče” ljudsku zajednicu.

Biljke, životinje i mikroorganizmi, već milionima godina, uspešno opstaju u različitih uslovima. Oni znaju šta najbolje funkcioniše i najbitnije od svega – šta je trajno prilagođeno životu na Zemlji.

Tako je nastala biomimikrija ili biomimetika – praksa koja daje nadu u kvalitetniju budućnost življenja, koja pritom štiti i prirodu.

Šta je biomimikrija?

Biomimikrija u bukvalnom prevodu znači “imitacija živog” i predstavlja pristup u razvoju nauke i tehnologije koji se zasniva na preuzimaju principa iz prirode. To je oponašanje prirodnih procesa i materijala koji su “testirani” milionima godina, od strane drugih živih bića u prirodi.

Zakoni prirode su, jednostavno rečeno, genijalni. Oni omogućavaju opstanak i život milionima različitih vrsta živih organizama na planeti Zemlji. Za svaku od toliko raznolikih vrsta proizvede se dovoljno hrane i energije, kako bi svako živo biće zadovoljilo svoje potrebe i obezbedilo nove generacije.

Mnogi naučnici i istraživači veruju da priroda nudi rešenja za većinu ekoloških i tehnoloških problema sa kojima se trenutno suočavamo. Biomimikrija nam omogućava da učimo od prirode i da oponašanjem prirode, stvaramo bolji i pravedniji svet. Danas se biomimikrija koristi u brojnim delatnostima, uključujući i arhitekturu.

Možemo reći i da je biomimikrija biološki inspirisano inženjerstvo.

Biomimikrija – najpoznatiji primeri: kako je nastala čičak traka?

Interesantna je priča o nastanku čičak trake.

Naime, u proleće 1941. godine, švajcarski inženjer Žožr de Maestral je šetao sa svojim psom i primetio neobičnu biljku (čičak), koja se sa lakoćom kačila za krzno njegovog psa, ali i za nogavice njegovih pantalona. Biljka ga je veoma zainteresovala, te je nekoliko primeraka ove biljke poneo sa sobom.

Provodio je mnogo vremena za svojim mikroskopom, posmatrajući ovu neobičnu biljku. Uočio je sitne “kukice” koje su golim okom jedva vidljive, ali iako sitne, bile su veoma efikasne i lako su prianjale za razne materijale.

Čitavu narednu deceniju je posvetio istraživanjima, sa željom da iskopira ovaj prirodni mehanizam. Na kraju mu je to pošlo za rukom i 1955. patentirao je svoj najznačajniji izum – čičak traku.

Danas je čičak traka nezamenjljiva u tekstilnoj industriji, industriji vojne opreme i mnogim drugim granama industrije.

Kako je osmišljen materijal za kupaće kostime?

Bez kupaćih kostima skoro da ne možemo zamisliti naš boravak na moru, jezeru ili reci, ali da li ste se ikada zapitali kako je izmišljen materijal za ove odevne predmete?

Verovali ili ne, kao inspiracija za proizvodnju materijala od kog se prave kupaći kostimi poslužila je koža ajkula. Da, upravo su bića koja najmanje želimo da sretnemo na našem odmoru, bila inspiracija za ono što nam je na letovanju skoro pa najneophodnije.

Ajkule imaju jedinstvenu skrukturu kože, odnosno krljušti, koja im omogućava da se uz minimalnu upotrebu snage, veoma brzo kreću kroz vodu.

Dizajneri kupaćih kostima za profesionalne plivače su iskoristili baš te principe, u kreiranju visoko kvalitetnih kostima koji plivačima omogućavaju veću brzinu plivanja, uz smanjenje sile koju plivač mora da primeni.

Izum aviona – najpoznatiji primer biomimikrije na svetu

Izum aviona je zasigurno među najpoznatijim primerima biomimikrije na svetu. Čak iako niste ranije čuli za pojmove biomimikrije ili biomimetike, sigurno ste negde čuli ili pročitali da je izum aviona bio podstaknut pticama, odnosno načinom na koji lete i na koji je priroda dizajnirala njihova krila i oblik tela.

Dva brata, Orvil i Vilbur Rajt su uz pomoć prijatelja Čarlsa Edvarda Tejlora 1903. godine, napravili prototip aviona kojim su 17. decembra, u prisustvu nekolicine posmatrača, izveli svoj prvi uspešan let.

Ovaj istorijski događaj, desio se na plaži u Severnoj Karolini, i taj dan su tri puta uzleteli. Najduži let trajao je 59 sekundi. Nakon tog trenutka, počinje razvoj avio industrije, a potom vojnih i komercijalnih aviona.

Biomimikrija na delu: kako su krila kolibrija inspirisala naučnike da razviju dronove?

Malene ptice živopisnih boja, bile su inspiracija za razvoj dronova. Njihova jedinstvena građa tela i krila, koja se ne sreće ni kod jedne druge vrste ptica, omogućava im razvoj brizine mahanja krilima i do 50 km/h. Posmatrajući ove ptice, koordinaciju njihovih pokreta, mišića i kostiju, naučnici su se zapitali da li je takav mehanizam kretanja moguće rekonstruisati, za potrebe razvoja ovih specifičnih letelica.

Jedan od primera jeste prototip letelice razvijen za potrebe američke vojske, pod nazivom “Nano kolibri” (The Nano Hummingbird). Letelica “Nano kolibri” se pokazala kao inzvanredna: može pristupiti vrlo nepristupačnim lokacijama, kreće se velikom brzinom i može doprineti istraživanju do sada neistraženih terena, što ranije nije bilo moguće zamisliti.

Da li će gekoni pomoći ljudima da jednog dana hodaju po zidovima?

Gekoni – vrlo neobični mali gmizavci. Ovi gušteri su poznati po tome što se sa lakoćom kreću po vertikalnim površinama, pa čak i vise naopačke.

To rade zahvaljujući prstima koji su prekriveni stotinama mikroskopskih čekinja. Ove čekinje u kontaktu sa površinom stvaraju specifičnu silu, dovoljnu jaku da zadrži gekone u najrazličitijim položajima.

Ta sila, nazvana Van der Valsovom silom i čekinje na prstima gekona, inspirisali su istraživače za razvoj profesionalne planinarske opreme koju koriste alpinisti prilikom uspona na veoma visoke planine i velike nagibe. Ekstremni sportovi poput penjanja, bili bi nezamislivi bez adekvatne opreme koja je razvijena zahvaljujući imitaciji stopala ovih gmizavaca.

Gekoni i dalje inspirišu savremenu nauku, te grupa američkih istraživača danas radi na razvoju tehnologije koja bi potencijalno omogućila ljudima kretanje po vertikalnim površinama, ali koja bi takođe mogla da olakša kretanje astronauta u svemiru.

Leđa ptica kao inspiracija japanskih super brzih vozova

Japan je širom sveta poznat kao zemlja napredne tehnologije. Mnogi specifični pronalasci koji menjaju moderni svet, vuku korene upravo iz Japana.  Ista stvar se desila i sa razvojem železnice.

Japanski inženjeri su još u 20. veku počeli da ulažu velike napore u razvoj što bržeg i efikasnijeg železničkog saobraćaja. Međutim, postojeći vozovi pri razvoju velikih brzina, bili su izuzetno bučni.

Inženjeri su tada odlučili da potpuno izmene izgled vozova, da ih dizajniraju u skladu sa aerodinamičkim principima, kako bi vagoni pružali što manji otpor vazduhu prilikom kretanja. Logično je da su se poslužili bićima koji su najprilagođenija takvom kretanju – pticama.

Do ove ideje došao je Eiji Nakatsu 1994.godine. Njegov hobi je bio posmatranje ptica. Jednom prilikom primetio je da fizionomija ptica, tj. oblik njihovih leđa, upravo ono što im omogućava da se tako besčujno i efikasno kreću.

Potom je sa timom eksperata, uspeo da konstruiše prototip vozova zasnovanih na ovom principu. Zahvaljujući ovoj grupi vizionara, Japan danas ima najbržu železnicu na svetu. Vozovi poznati pod imenom “metak” (šinkansen), razvijaju brzine i do 320 km/h i predstavljaju najbrži i najpogodniji način da obiđete i upoznate Japan.

Paukovi kao inspiracija za robote, izum pancira i hirurške trake

Paukovi, te fascinantne osmonožne životinjice koji nas ponekad pomalo i zastrašuju, su inspirisali ovaj svet na načine koje ne možemo ni zamisliti.

Robotika se danas u velikoj meri oslanja na paukove. Naučnici su uspeli da repliciraju udove i zglobove nogu pauka kako bi napravili savremene robote, koji su funkcionalniji, lakši i odlikuju se superiornom pokretljivošću.

Biomimikrija nam je omogućila da dizajniramo predmete poput flastera ili gaze, takođe inspirisane paukovima, a naučnici danas rade na usavršavanju hirirškuh traka koje će omogućiti zatvaranje rana za samo nekoliko sekundi.

Princip ovih hirurških traka se zasniva na prirodnom “lepku” koji paukovi proizvode, kako bi njihove mreže bile lepljive. Ovaj izum je uspešno testiran na svinjskoj koži i plućima, a u budućnosti možemo očekivati njegovu primenu u svakodnevnoj medicini.

Takođe, paukova mreža je poslužila kao model za razvoj izuzetno otpornog i elastičnog polimera koji se danas koristi u proizvodnji pancira.

Kako su hobotnice i lignje inspirisale vojnu industriju?

Vojna industrija se možda i najviše od svih industrija, oslanjala na imitaciju prirodnih mehanizama u razvoju svoje tehnologije. Tako je bilo i sa razvojem maskirnih odela.

U mnogim vojnim operacijama, vojnicima je neophodna uniforma koja će se lako uklopiti u okruženje. Kako se najbolje kamuflirati – jedan je od važnih zadataka vojnih inženjera i dizajnera.

Glavonošci, poput hobotnica i lignji su među kraljevima kamuflaže u prirodi. Oni poseduju sposobnost promene boje tela, kako bi se sakrili od predatora.

Takođe, neke vrste su sposobne i da same proizvode svetlost, kako bi zavarale svoje neprijatelje. Ta sposobnost se naziva bioluminiscencija.

Ove odlike, bile su početna osnova za razvoj specijalnih kamuflažnih materijala koji menjaju boje i prilagođavaju se okolini, te proizvodnju veoma sofisticiranih maskirnih odela koja koriste brojne senzore i reflektore.

Komarac kao inspiracija za nastanak medicinske igle

Kada pomislimo na komarce, uglavnom se prvo setimo neprijatnog svraba koji ostaje nakon njihovog brzog i gotovo neprimetnog uboda.

Međutim, upravo su ovi insekti bili inspiracija za razvoj posebne medicinske “mikroigle”. Razumevanje efikasnosti uboda komarca, podstaklo je stvaranje igle koja će biti efikasnija i smanjiti bol pacijenta, prilikom davanja injekcija.

Biomimikrija je u ovom slučaju pomogla da postupci poput vađenja krvi, davanja infuzije, injekcija, operacija i slično, budu što bezbolniji, efikasniji i lakši, kako za pacijente, tako i za zdravstvene radnike.

Priroda je izvor sveg znanja!

Navedeni primeri nam jasno stavljaju do znanja da je primena biomimikrije vrlo široka: od industrije, medicine, robotike do saobraćaja. Ova lista nije konačna, jer se biomimikrija može primeniti gotovo u svakom aspektu ljudskog života.

Pristalice biomimikrije vide prirodu kao najsavršeniji model i najboljeg mentora u naučnim istraživanjima. Ona nam pokazuje koliko je savremeni svet zavistan od biljaka i životinja, koliko nam je važan ekosistem koji nas okružuje.

Biomimikrija je ujedno i filozofija života jer nam pomaže da preispitamo sebe, da učimo o svetu koji nas okružuje i da razmišljamo o našoj dubokoj povezanosti sa drugim živim bićima sa kojima delimo zajednički dom – planetu Zemlju.

Ona nas podstiče na empatiju, razumevanje i poštovanje prema svim živim bićima i prema prirodi koja tako nesebično deli najvrednije resurse sa nama.

Zato budimo zahvalni prirodi na znanju koje je nam je darovala i koristimo te veštine da usmerimo razvoj društva na jedan odgovorniji, održiviji i uravnoteženiji način. Onako kako bi to priroda i sama uradila.