Բնությունից ոգեշնչված գյուտեր

Բիոմիմետիկայի գիտությունն այժմ զարգացման վաղ փուլում է։ Բիոմիմետիկա բնությունից տարբեր գաղափարների որոնումն ու փոխառությունն է և դրանց օգտագործումը մարդկության առաջ ծառացած խնդիրների լուծման համար: Ինքնատիպությունը, անսովորությունը, անբասիր ճշգրտությունը և ռեսուրսների տնտեսությունը, որոնցում բնությունը լուծում է իր խնդիրները, պարզապես չի կարող չհիանալ և ցանկություն առաջացնել որոշ չափով կրկնօրինակելու այդ զարմանալի գործընթացները, նյութերն ու կառուցվածքները: Բիոմիմետիկա տերմինը ստեղծվել է 1958 թվականին ամերիկացի գիտնական Ջեք Է.Սթիլի կողմից։ Իսկ «բիոնիկա» բառը ընդհանուր օգտագործման մեջ մտավ անցյալ դարի 70-ականներին, երբ հեռուստատեսությամբ հայտնվեցին «Վեց միլիոն դոլար արժողությամբ տղամարդը» և «Բիոտիկ կինը» սերիալները։ Թիմ Մակգին զգուշացնում է, որ կենսաչափական տվյալները չպետք է ուղղակիորեն շփոթել կենսաներշնչված մոդելավորման հետ, քանի որ, ի տարբերություն բիոմիմետիկայի, կենսաներշնչված մոդելավորումը չի շեշտում ռեսուրսների խնայողաբար օգտագործումը: Ստորև բերված են բիոմիմետիկայի ձեռքբերումների օրինակներ, որտեղ այդ տարբերություններն առավել ցայտուն են: Պոլիմերային կենսաբժշկական նյութեր ստեղծելիս օգտագործվել է հոլոտուրյան կեղևի (ծովային վարունգ) գործելու սկզբունքը։ Ծովային վարունգը յուրահատուկ հատկություն ունի՝ նրանք կարող են փոխել կոլագենի կարծրությունը, որը կազմում է նրանց մարմնի արտաքին ծածկույթը: Երբ ծովային վարունգը վտանգ է զգում, մի քանի անգամ ավելացնում է մաշկի կոշտությունը՝ ասես պատռված լինի պատյանից։ Ընդհակառակը, եթե նա պետք է սեղմվի նեղ բացվածքի մեջ, նա կարող է այնքան թուլանալ իր մաշկի տարրերի միջև, որ այն գործնականում վերածվի հեղուկ ժելեի: Case Western Reserve-ի մի խումբ գիտնականների հաջողվել է ստեղծել ցելյուլոզային մանրաթելերի վրա հիմնված նյութ՝ նմանատիպ հատկություններով. ջրի առկայության դեպքում այս նյութը դառնում է պլաստիկ, իսկ երբ գոլորշիանում է, այն նորից ամրանում է։ Գիտնականները կարծում են, որ նման նյութը առավել հարմար է ներուղեղային էլեկտրոդների արտադրության համար, որոնք օգտագործվում են, մասնավորապես, Պարկինսոնի հիվանդության ժամանակ։ Ուղեղի մեջ տեղադրվելիս նման նյութից պատրաստված էլեկտրոդները կդառնան պլաստիկ և չեն վնասի ուղեղի հյուսվածքը։ Ամերիկյան Ecovative Design փաթեթավորման ընկերությունը ստեղծել է վերականգնվող և կենսաքայքայվող նյութերի խումբ, որոնք կարող են օգտագործվել ջերմամեկուսացման, փաթեթավորման, կահույքի և համակարգչային պատյանների համար: McGee-ն նույնիսկ արդեն ունի այս նյութից պատրաստված խաղալիք: Այդ նյութերի արտադրության համար օգտագործվում են բրնձի, հնդկաձավարի և բամբակի կեղևները, որոնց վրա աճեցնում են Pleurotus ostreatus (ոստրե սունկ) սունկը։ Բրենայի սնկի բջիջներ և ջրածնի պերօքսիդ պարունակող խառնուրդը տեղադրում են հատուկ կաղապարների մեջ և պահում մթության մեջ, որպեսզի արտադրանքը կարծրանա սնկային միցելիումի ազդեցության տակ։ Այնուհետև արտադրանքը չորանում է, որպեսզի դադարեցնի բորբոսի աճը և կանխի ալերգիան արտադրանքի օգտագործման ընթացքում: Անժելա Բելչերը և նրա թիմը ստեղծել են novub մարտկոց, որն օգտագործում է փոփոխված M13 բակտերիոֆագ վիրուսը: Այն կարողանում է կպչել անօրգանական նյութերին, ինչպիսիք են ոսկին և կոբալտի օքսիդը։ Վիրուսի ինքնահավաքման արդյունքում կարելի է բավականին երկար նանոլարեր ստանալ։ Բլեթչերի խումբը կարողացավ հավաքել այս նանոլարերից շատերը, ինչի արդյունքում ստեղծվեց շատ հզոր և չափազանց կոմպակտ մարտկոց: 2009 թվականին գիտնականները ցույց տվեցին գենետիկորեն ձևափոխված վիրուսի օգտագործման հնարավորությունը՝ լիթիում-իոնային մարտկոցի անոդ և կաթոդ ստեղծելու համար։ Ավստրալիան մշակել է Biolytix կեղտաջրերի մաքրման վերջին համակարգը: Այս զտիչ համակարգը կարող է շատ արագ կոյուղաջրերը և սննդի թափոնները վերածել որակյալ ջրի, որը կարող է օգտագործվել ոռոգման համար: Biolytix համակարգում որդերն ու հողի օրգանիզմները կատարում են ամբողջ աշխատանքը: Biolytix համակարգի օգտագործումը նվազեցնում է էներգիայի սպառումը գրեթե 90%-ով և աշխատում է գրեթե 10 անգամ ավելի արդյունավետ, քան սովորական մաքրման համակարգերը: Ավստրալացի երիտասարդ ճարտարապետ Թոմաս Հերցիգը կարծում է, որ փչովի ճարտարապետության հսկայական հնարավորություններ կան: Նրա կարծիքով, փչովի կառույցները շատ ավելի արդյունավետ են, քան ավանդականները՝ շնորհիվ իրենց թեթևության և նյութի նվազագույն սպառման։ Պատճառը կայանում է նրանում, որ առաձգական ուժը գործում է միայն ճկուն թաղանթի վրա, մինչդեռ սեղմող ուժին հակադրվում է մեկ այլ առաձգական միջավայր՝ օդը, որն առկա է ամենուր և լիովին ազատ։ Այս ազդեցության շնորհիվ բնությունը միլիոնավոր տարիներ շարունակ օգտագործում է նմանատիպ կառուցվածքներ. յուրաքանչյուր կենդանի էակ բաղկացած է բջիջներից: ՊՎՔ-ից պատրաստված պնևմոցելային մոդուլներից ճարտարապետական ​​կառույցներ հավաքելու գաղափարը հիմնված է կենսաբանական բջջային կառուցվածքների կառուցման սկզբունքների վրա: Թոմաս Հերցոգի կողմից արտոնագրված բջիջները չափազանց ցածր գնով են և թույլ են տալիս ստեղծել գրեթե անսահմանափակ թվով համակցություններ: Այս դեպքում մեկ կամ նույնիսկ մի քանի պնևմոբջիջների վնասումը չի հանգեցնի ամբողջ կառուցվածքի ոչնչացմանը: Calera Corporation-ի կողմից օգտագործվող գործողության սկզբունքը հիմնականում ընդօրինակում է բնական ցեմենտի ստեղծումը, որը մարջաններն օգտագործում են իրենց կյանքի ընթացքում՝ ծովի ջրից կալցիում և մագնեզիում հանելու համար, որպեսզի կարբոնատները սինթեզեն նորմալ ջերմաստիճաններում և ճնշումներում: Իսկ Calera ցեմենտի ստեղծման ժամանակ ածխաթթու գազը սկզբում վերածվում է ածխաթթվի, որից հետո ստացվում են կարբոնատներ։ Մակգին ասում է, որ այս մեթոդով մեկ տոննա ցեմենտ արտադրելու համար անհրաժեշտ է ֆիքսել մոտավորապես նույն քանակությամբ ածխաթթու գազ։ Ավանդական եղանակով ցեմենտի արտադրությունը հանգեցնում է ածխածնի երկօքսիդի աղտոտմանը, սակայն այս հեղափոխական տեխնոլոգիան, ընդհակառակը, շրջակա միջավայրից վերցնում է ածխաթթու գազը։ Ամերիկյան Novomer ընկերությունը, որը նոր էկոլոգիապես մաքուր սինթետիկ նյութեր է մշակում, ստեղծել է պլաստմասսա արտադրելու տեխնոլոգիա, որտեղ որպես հիմնական հումք օգտագործվում են ածխաթթու գազը և ածխաթթու գազը։ ՄակԳին ընդգծում է այս տեխնոլոգիայի արժեքը, քանի որ մթնոլորտ ջերմոցային գազերի և այլ թունավոր գազերի արտանետումը ժամանակակից աշխարհի գլխավոր խնդիրներից է։ Novomer-ի պլաստիկ տեխնոլոգիայի մեջ նոր պոլիմերներն ու պլաստմասսաները կարող են պարունակել մինչև 50% ածխածնի երկօքսիդ և ածխածնի երկօքսիդ, և այդ նյութերի արտադրությունը զգալիորեն ավելի քիչ էներգիա է պահանջում: Նման արտադրությունը կօգնի զգալի քանակությամբ ջերմոցային գազեր կապելուն, և այդ նյութերն իրենք են դառնում կենսաքայքայվող։ Հենց միջատը դիպչում է գիշատիչ Վեներայի ճանճերի թակարդի թակարդի տերևին, տերևի ձևն անմիջապես սկսում է փոխվել, և միջատը հայտնվում է մահվան թակարդում: Ալֆրեդ Քրոսբիին և նրա գործընկերներին Ամհերսթի համալսարանից (Մասաչուսեթս) հաջողվել է ստեղծել պոլիմերային նյութ, որն ի վիճակի է նման կերպ արձագանքել ճնշման, ջերմաստիճանի կամ էլեկտրական հոսանքի ազդեցության տակ ամենափոքր փոփոխություններին: Այս նյութի մակերեսը ծածկված է միկրոսկոպիկ, օդով լցված ոսպնյակներով, որոնք կարող են շատ արագ փոխել իրենց կորությունը (դառնա ուռուցիկ կամ գոգավոր) ճնշման, ջերմաստիճանի կամ հոսանքի ազդեցությամբ: Այս միկրոոսպնյակների չափերը տատանվում են 50 մկմ-ից մինչև 500 մկմ: Որքան փոքր են ոսպնյակներն իրենք և նրանց միջև եղած հեռավորությունը, այնքան նյութն ավելի արագ է արձագանքում արտաքին փոփոխություններին: ՄակԳին ասում է, որ այս նյութը առանձնահատուկ է դարձնում այն, որ այն ստեղծվել է միկրո և նանոտեխնոլոգիաների խաչմերուկում: Միդիաները, ինչպես և շատ այլ երկփեղկ փափկամարմիններ, ունակ են ամուր կպչել տարբեր մակերեսների հատուկ, ծանր դիմացկուն սպիտակուցային թելերի՝ այսպես կոչված, բիսուսի օգնությամբ: Բուսական գեղձի արտաքին պաշտպանիչ շերտը բազմակողմանի, չափազանց դիմացկուն և միևնույն ժամանակ աներևակայելի առաձգական նյութ է: Կալիֆորնիայի համալսարանի օրգանական քիմիայի պրոֆեսոր Հերբերտ Ուեյթը երկար ժամանակ ուսումնասիրել է միդիաները, և նրան հաջողվել է վերստեղծել մի նյութ, որի կառուցվածքը շատ նման է միդիաների արտադրած նյութին: ՄակԳին ասում է, որ Հերբերտ Ուեյթը բացել է հետազոտության միանգամայն նոր դաշտ, և որ նրա աշխատանքն արդեն օգնել է գիտնականների մեկ այլ խմբի ստեղծել PureBond տեխնոլոգիա՝ փայտե վահանակների մակերեսները մշակելու համար՝ առանց ֆորմալդեհիդի և այլ խիստ թունավոր նյութերի օգտագործման: Շնաձկների մաշկը միանգամայն եզակի հատկություն ունի՝ դրա վրա բակտերիաներ չեն բազմանում, և միևնույն ժամանակ այն պատված չէ որևէ մանրէասպան քսանյութով։ Այսինքն՝ մաշկը չի սպանում բակտերիաները, դրանք պարզապես չկան դրա վրա։ Գաղտնիքը հատուկ օրինաչափության մեջ է, որը ձևավորվում է շնաձկան մաշկի ամենափոքր թեփուկներով։ Այս կշեռքները, միանալով միմյանց, կազմում են հատուկ ադամանդաձեւ նախշ: Այս օրինակը վերարտադրված է Sharklet պաշտպանիչ հակաբակտերիալ թաղանթի վրա: ՄակԳին կարծում է, որ այս տեխնոլոգիայի կիրառումն իսկապես անսահման է։ Իրոք, այնպիսի հյուսվածքի կիրառումը, որը թույլ չի տալիս բակտերիաներին բազմանալ հիվանդանոցներում և հասարակական վայրերում գտնվող առարկաների մակերեսին, կարող է 80%-ով ազատվել բակտերիայից։ Այս դեպքում բակտերիաները չեն ոչնչացվում, և, հետևաբար, չեն կարող դիմադրողականություն ձեռք բերել, ինչպես դա հակաբիոտիկների դեպքում է։ Sharklet Technology-ն աշխարհում առաջին տեխնոլոգիան է, որն արգելակում է բակտերիաների աճը առանց թունավոր նյութերի օգտագործման: ըստ bigpikture.ru-ի