Технологии Природа безупречна - умна, эффективна и инновационна. Вот почему ученые и инженеры во всем мире пытаются повторить природные элементы в своих лабораториях. Область исследования технологий, при котором идея и основные элементы заимствуются из живой природы, называется биомиметикой.
"Биомиметика является сознательным стремлением использовать мудрость природы", - говорит Тим МакГи (Tim McGee), старший биолог из института Биомимкрии, который объединяет ученых, инженеров и архитекторов для создания устойчивых технологий. "Бионика - это наука "с оглядкой" на природу, с целью понять ее закономерности и применить их в технологиях".
МакГи проводит тонкое различие между биомиметикой и биовдохновленным дизайном. По его мнению, биомиметика, как правило, нацелена на устойчивое развитие, в то время как биовдохновленный дизайн не всегда строится по этому принципу. К примеру, проектирование и строительство здания "термитник" или совершенствование системы транспортировки, используя свойства "липучести".
Для МакГи эти десять примеров являются доказательством того, насколько далеко может зайти биомиметика.
1. Биомедицинский пластмасс, имитирующий морской огурец - голотурий
Имплантация электродов в мозг может помочь при лечении неврологических проблем, однако жесткий пластик уменьшает положительный эффект от лечения. В 2008 году ученые из Case Western Reserve University нашли решение - им стала кожа морского огурца.
Исследователи под руководством профессора Кристофера Ведера (Christoph Weder) создали новый материал из тонких волокон целлюлозы в полимерной матрице. Волокна либо связываются друг с другом, либо отщепляются. Без воды адаптированный медицинский материал жесткий, но с ее добавлением он смягчается. "Чутко реагируя на окружающую среду, этот материал способствует тому, что мы дольше сохраняем себя здоровыми", - добавляет МакГи.
2. Упаковочные материалы, в разработке которых используются грибы
МакГи рассказывает о компании Ecovative Design, расположенной в городе Трой, штата Нью-Йорк. В Ecovative Design используются грибы для выращивания прочных и легко разлагаемых биоупаковок.
Компания культивирует мицелиальные грибы для преобразования сельскохозяйственных отходов в хитин - жесткие волокна, производные от грибов. МакГи считает, что этот процесс может быть использован для создания более широкого спектра продуктов - от мебели и компьютерных корпусов до более усовершенствованных материалов.
"Эта технологическая платформа, которая превращает отходы в ценные структуры", - отмечает МакГи.
3. Устройства, которые подражают вирусам
Способность вирусов к самоорганизации материала привело ученого Ангелу Белчер (Angela Belcher) и ее коллег по генной инженерии к мысли о том, чтобы сформировать материалы с подобными функциями. В 2009 году в одной из статей в научно-популярном журнале Science был описан способ получения вируса, трансформирующегося в батарею.
МакГи объясняет, что важен тот факт, что это происходит на наноуровне. Ученые создали целую новую технологию, отмечает он. Также МакГи подчеркивает еще одно исследование, проведенное ученым из Гарвардского университета Джоанной Айзенберг (Joanna Aizenberg), которая работает над созданием подобных наноструктур.
4. Фильтры с системой "живого гумуса"
Разложение, происходящее в лесу и на краю рек, вдохновило австралийскую компанию Biolytix на разработку системы очистки сточных вод, которая в основе своей опирается на таких живых организмов, как червей и жуков. Этот живой "гумус" позволил системе работать намного лучше стандартного септика и без использования химических веществ.
"Этот процесс обработки в десять раз эффективнее септика", - говорит МакГи. Повсеместные наводнения в Австралии и Новой Зеландии послужили, однако, причиной добровольной ликвидации компании. "К сожалению, в сфере инноваций не всегда "умные" или лучшие системы преобладают на рынке", - отмечает МакГи.
5. Модульные конструкции, построенные на имитации человеческих клеток
Австрийский архитектор Томас Херзиг (Thomas Herzig), будучи вдохновленным способом формирования клеток ткани, сконструировал модульные "клетки" из ПВХ и термопластичного полиуретана. Эти запатентованные "пнеумоклетки" (pneumocells) могут быть объединены в многочисленные структуры, в том числе и в крыши и навесы.
"Эта технология является примером эфемерной архитектуры, позволяющей строить легко адаптируемые конструкции с низкой входной энергией", - объясняет МакГи. Каждая надувная "пнеумоклетка" - это герметичный, огнезащитный блок, сохраняющий свою форму. Мембрана конструкции создана таким образом, что, если одна "клетка" повреждена, то остальные все равно продолжают поддерживать структуру.
6. Цемент, который создан на примере материала коралловых рифов
Вдохновением для следующей структуры стали коралловые рифы. Магний и кальций, которые входят в их состав, стали примером для калифорнийской корпорации Calera Corporation, разработавшей процесс, при котором углекислый газ растений и морской воды превращается в "зеленый цемент".
"Традиционно цемент является одним из крупнейших эмитентов углекислого газа в искусственной среде", - отмечает МакГи.
7. Пластик, подражающий деревьям
Как и растения, Массачусетская компания экологически чистого пластика Novomer видит в качестве ресурса углекислый газ. Объединяя CO2 от производства этанола и нефтехимический материал с катализатором, разработанным в Корнельском университете, компания создает полимер.
"Мы знаем, что выбросы углекислого газа - огромная проблема. Растения используют их с пользой",- говорит МакГи. "Вместо того, чтобы бурить нефть или выращивать биомассы для углерода, который необходим для создания пластмассы, мы можем использовать углекислый газ - вполне себе решение", - замечает МакГи.
8. Ловушка а-ля Венерина мухоловка
Ученый Альфред Кросби (Alfred Crosby) из Массачусетского университета Амхерста обратил внимание на то, как образована Венерина мухоловка и разработал оригинальную поверхность полимера. Растение имеет крошечные волоски, при прикосновении к которым листья сгибаются и захватывают добычу.
Кросби и команда ученых создали полимер, покрытый крошечными линзами, которые преобразовывают края материала от выпуклой к вогнутой.
9. "Влажный" клей. В природе - структура мидий
Герберт Уэйт (Herbert Waite) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре задался целью найти способ создания искусственного клея, который легко заклеивал бы мокрую поверхность. В живой природе он наблюдал подобное в ряде морских организмов, в том числе и у мидий.
Мидии производят кожистые волокна - виссоны, которые настолько сильны, что могут клеить к поверхности типа воска, стекла, кости и металла. Таким образом, Уэйт хотел создать белки, которые имитируют функции, подобные тех, что есть у мидий.
"Его идеи вдохновили проведение многих других исследований", - рассказывает МакГи. "После одного из них появился PureBond - продукт, который намного безопаснее его заменителя формальдегида".
10. Кожа акулы в качестве прототипа антибактериальной поверхности
Акулы, в отличие от других морских животных, двигаются относительно медленно, но при этом бактерии их обходят стороной. Компания Sharklet Technologies разработала тонкую пленку, основываясь на текстуре акульей поверхности, которая защищает от бактерий.
По словам генерального директора фирмы Джо Багана (Joe Bagan), пленка идеально подходит для больниц, поскольку она обеспечивает меньшую вероятность того, что бактерии станут резистентны.
