สิ่งประดิษฐ์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ

วิทยาศาสตร์ของไบโอมิเมติกส์อยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา biomimetics คือการค้นหาและยืมความคิดต่างๆ จากธรรมชาติ และการนำไปใช้ในการแก้ปัญหาที่มนุษยชาติกำลังเผชิญอยู่ ความแปลกใหม่ ความไม่ธรรมดา ความแม่นยำที่ไร้ที่ติ และการประหยัดทรัพยากร ซึ่งธรรมชาติสามารถแก้ปัญหาได้ มีแต่ความพอใจและทำให้เกิดความปรารถนาที่จะลอกเลียนกระบวนการ สารและโครงสร้างที่น่าอัศจรรย์เหล่านี้ในระดับหนึ่ง คำว่า biomimetics ตั้งขึ้นในปี 1958 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Jack E. Steele และคำว่า "bionics" ก็ถูกนำมาใช้ทั่วไปในยุค 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา เมื่อซีรีส์เรื่อง "The Six Million Dollar Man" และ "The Biotic Woman" ปรากฏตัวทางโทรทัศน์ Tim McGee เตือนว่าไม่ควรสับสนระหว่างไบโอเมตริกซ์กับการสร้างแบบจำลองทางชีวเคมีโดยตรง เพราะการสร้างแบบจำลองจากแรงบันดาลใจทางชีวภาพไม่เหมือนกับการใช้ทรัพยากรชีวภาพอย่างประหยัด ซึ่งต่างจากไบโอมิเมติกส์ ด้านล่างนี้คือตัวอย่างความสำเร็จของไบโอมิเมติกส์ ซึ่งความแตกต่างเหล่านี้ชัดเจนที่สุด เมื่อสร้างวัสดุพอลิเมอร์ชีวการแพทย์ใช้หลักการทำงานของเปลือกโฮโลทูเรียน (ปลิงทะเล) ปลิงทะเลมีลักษณะเฉพาะ สามารถเปลี่ยนความแข็งของคอลลาเจนที่สร้างเปลือกนอกของร่างกายได้ เมื่อปลิงทะเลสัมผัสได้ถึงอันตราย มันจะเพิ่มความแข็งแกร่งของผิวหนังซ้ำแล้วซ้ำเล่า ราวกับถูกเปลือกหอยฉีกขาด ในทางกลับกัน ถ้าเขาต้องการบีบลงในช่องว่างแคบๆ เขาสามารถทำให้องค์ประกอบต่างๆ ของผิวอ่อนแอลงจนแทบจะกลายเป็นเยลลี่เหลวได้ กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จาก Case Western Reserve สามารถสร้างวัสดุจากเส้นใยเซลลูโลสที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน: ในที่ที่มีน้ำ สารนี้จะกลายเป็นพลาสติก และเมื่อมันระเหย มันจะแข็งตัวอีกครั้ง นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าวัสดุดังกล่าวเหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตอิเล็กโทรดในสมองซึ่งใช้โดยเฉพาะในโรคพาร์กินสัน เมื่อฝังเข้าไปในสมอง อิเล็กโทรดที่ทำจากวัสดุดังกล่าวจะกลายเป็นพลาสติกและจะไม่ทำลายเนื้อเยื่อสมอง บริษัทบรรจุภัณฑ์ของสหรัฐฯ Ecovative Design ได้สร้างกลุ่มวัสดุหมุนเวียนและย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นฉนวนกันความร้อน บรรจุภัณฑ์ เฟอร์นิเจอร์ และเคสคอมพิวเตอร์ McGee มีของเล่นที่ทำจากวัสดุนี้อยู่แล้ว สำหรับการผลิตวัสดุเหล่านี้จะใช้เปลือกข้าวบัควีทและฝ้ายซึ่งปลูกเชื้อรา Pleurotus ostreatus (เห็ดนางรม) ส่วนผสมที่ประกอบด้วยเซลล์เห็ดนางรมและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ถูกวางลงในแม่พิมพ์พิเศษและเก็บไว้ในที่มืดเพื่อให้ผลิตภัณฑ์แข็งตัวภายใต้อิทธิพลของไมซีเลียมของเห็ด จากนั้นผลิตภัณฑ์จะถูกทำให้แห้งเพื่อหยุดการเจริญเติบโตของเชื้อราและป้องกันการแพ้ระหว่างการใช้ผลิตภัณฑ์ Angela Belcher และทีมของเธอได้สร้างแบตเตอรี่ novub ซึ่งใช้ไวรัส M13 bacteriophage ที่ได้รับการดัดแปลง สามารถยึดติดกับวัสดุอนินทรีย์เช่นทองและโคบอลต์ออกไซด์ได้ อันเป็นผลมาจากการประกอบตัวเองของไวรัสทำให้ได้สายนาโนที่ค่อนข้างยาว กลุ่มของ Bletcher สามารถประกอบสายนาโนเหล่านี้ได้จำนวนมาก ส่งผลให้เป็นพื้นฐานของแบตเตอรี่ที่ทรงพลังและกะทัดรัดอย่างยิ่ง ในปี 2009 นักวิทยาศาสตร์ได้สาธิตความเป็นไปได้ในการใช้ไวรัสดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อสร้างแอโนดและแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ออสเตรเลียได้พัฒนาระบบบำบัดน้ำเสีย Biolytix ล่าสุด ระบบกรองนี้สามารถเปลี่ยนสิ่งปฏิกูลและเศษอาหารให้เป็นน้ำที่มีคุณภาพได้อย่างรวดเร็วซึ่งสามารถนำไปใช้เพื่อการชลประทานได้ ในระบบ Biolytix หนอนและสิ่งมีชีวิตในดินทำหน้าที่ทั้งหมด การใช้ระบบ Biolytix ช่วยลดการใช้พลังงานได้เกือบ 90% และทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าระบบทำความสะอาดทั่วไปเกือบ 10 เท่า Thomas Herzig สถาปนิกหนุ่มชาวออสเตรเลียเชื่อว่ามีโอกาสมากมายสำหรับสถาปัตยกรรมแบบเป่าลม ในความเห็นของเขา โครงสร้างที่ทำให้พองได้มีประสิทธิภาพมากกว่าโครงสร้างแบบเดิมมาก เนื่องจากมีน้ำหนักเบาและใช้วัสดุน้อยที่สุด เหตุผลอยู่ในความจริงที่ว่าแรงดึงทำหน้าที่เฉพาะกับเมมเบรนที่ยืดหยุ่นได้ ในขณะที่แรงอัดถูกต่อต้านโดยตัวกลางยืดหยุ่นอื่น นั่นคืออากาศ ซึ่งมีอยู่ทุกที่และปราศจากอย่างสมบูรณ์ ด้วยเหตุนี้ธรรมชาติจึงใช้โครงสร้างที่คล้ายคลึงกันมาเป็นเวลาหลายล้านปี: ทุกสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยเซลล์ แนวคิดในการรวบรวมโครงสร้างทางสถาปัตยกรรมจากโมดูล pneumocell ที่ทำจาก PVC นั้นขึ้นอยู่กับหลักการของการสร้างโครงสร้างเซลล์ทางชีวภาพ เซลล์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Thomas Herzog มีต้นทุนต่ำมาก และช่วยให้คุณสร้างชุดค่าผสมได้ไม่จำกัด ในกรณีนี้ ความเสียหายต่อเซลล์นิวโมเซลล์หนึ่งหรือหลายเซลล์จะไม่ทำให้เกิดการทำลายโครงสร้างทั้งหมด หลักการทำงานของ Calera Corporation ส่วนใหญ่เลียนแบบการสร้างซีเมนต์ธรรมชาติ ซึ่งปะการังใช้ตลอดชีวิตในการสกัดแคลเซียมและแมกนีเซียมออกจากน้ำทะเลเพื่อสังเคราะห์คาร์บอเนตที่อุณหภูมิและความดันปกติ และในการสร้างปูนซีเมนต์ Calera คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกแปลงเป็นกรดคาร์บอนิกก่อนจากนั้นจึงได้รับคาร์บอเนต McGee กล่าวว่าด้วยวิธีนี้ ในการผลิตซีเมนต์หนึ่งตัน จำเป็นต้องแก้ไขปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ให้เท่ากัน การผลิตปูนซีเมนต์ด้วยวิธีดั้งเดิมทำให้เกิดมลพิษคาร์บอนไดออกไซด์ แต่เทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการนี้กลับนำคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากสิ่งแวดล้อม บริษัท Novomer สัญชาติอเมริกัน ซึ่งพัฒนาวัสดุสังเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ได้สร้างเทคโนโลยีสำหรับการผลิตพลาสติก ซึ่งใช้คาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นวัตถุดิบหลัก McGee เน้นย้ำคุณค่าของเทคโนโลยีนี้ เนื่องจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและก๊าซพิษอื่นๆ สู่ชั้นบรรยากาศเป็นปัญหาหลักประการหนึ่งของโลกสมัยใหม่ ในเทคโนโลยีพลาสติกของ Novomer โพลีเมอร์และพลาสติกชนิดใหม่สามารถบรรจุคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ถึง 50% และการผลิตวัสดุเหล่านี้ต้องใช้พลังงานน้อยลงอย่างมาก การผลิตดังกล่าวจะช่วยจับก๊าซเรือนกระจกจำนวนมาก และวัสดุเหล่านี้เองสามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทันทีที่แมลงสัมผัสใบดักของต้นกาบหอยแครงที่กินเนื้อเป็นอาหาร รูปร่างของใบไม้ก็เริ่มเปลี่ยนไปในทันที และแมลงก็พบว่าตัวเองอยู่ในกับดักมรณะ Alfred Crosby และเพื่อนร่วมงานของเขาจาก Amherst University (Massachusetts) ได้สร้างวัสดุพอลิเมอร์ที่สามารถทำปฏิกิริยาในลักษณะเดียวกันกับการเปลี่ยนแปลงของความดัน อุณหภูมิ หรือภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย พื้นผิวของวัสดุนี้ปกคลุมด้วยเลนส์จุลทรรศน์ที่เต็มไปด้วยอากาศซึ่งสามารถเปลี่ยนความโค้งได้อย่างรวดเร็ว (กลายเป็นนูนหรือเว้า) ด้วยการเปลี่ยนแปลงของความดัน อุณหภูมิ หรือภายใต้อิทธิพลของกระแส ขนาดของไมโครเลนส์เหล่านี้มีตั้งแต่ 50 µm ถึง 500 µm ยิ่งเลนส์มีขนาดเล็กและระยะห่างระหว่างเลนส์มากเท่าใด วัสดุก็จะยิ่งตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงภายนอกได้เร็วเท่านั้น McGee กล่าวว่าสิ่งที่ทำให้วัสดุนี้มีความพิเศษคือมันถูกสร้างขึ้นที่จุดตัดของไมโครและนาโนเทคโนโลยี หอยเช่นเดียวกับหอยสองฝาชนิดอื่นๆ สามารถยึดติดกับพื้นผิวต่างๆ ได้อย่างแน่นหนาโดยใช้เส้นใยโปรตีนชนิดพิเศษที่มีภาระงานหนัก หรือที่เรียกว่า Byssus ชั้นป้องกันด้านนอกของต่อม byssal เป็นวัสดุอเนกประสงค์ ทนทานอย่างยิ่ง และในขณะเดียวกันก็ยืดหยุ่นได้อย่างไม่น่าเชื่อ ศาสตราจารย์ด้านเคมีอินทรีย์ เฮอร์เบิร์ต เวท แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้ค้นคว้าเกี่ยวกับหอยแมลงภู่มาเป็นเวลานาน และเขาสามารถสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างคล้ายกับวัสดุที่ผลิตโดยหอยแมลงภู่ McGee กล่าวว่า Herbert Waite ได้เปิดสาขาการวิจัยใหม่ทั้งหมด และงานของเขาได้ช่วยนักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งในการสร้างเทคโนโลยี PureBond สำหรับการรักษาพื้นผิวแผงไม้โดยไม่ต้องใช้ฟอร์มาลดีไฮด์และสารที่เป็นพิษสูงอื่นๆ หนังปลาฉลามมีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะตัว - แบคทีเรียไม่เพิ่มจำนวน และในขณะเดียวกัน ผิวของปลาฉลามก็ไม่ได้เคลือบด้วยสารหล่อลื่นฆ่าเชื้อแบคทีเรียใดๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งผิวหนังไม่ได้ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย แต่ไม่มีอยู่จริง ความลับอยู่ในรูปแบบพิเศษซึ่งเกิดจากเกล็ดที่เล็กที่สุดของหนังฉลาม เมื่อเชื่อมต่อถึงกัน ตาชั่งเหล่านี้จะสร้างลวดลายเพชรพิเศษ รูปแบบนี้ทำซ้ำบนฟิล์มต้านเชื้อแบคทีเรียที่ป้องกัน Sharklet McGee เชื่อว่าการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ไร้ขีดจำกัดอย่างแท้จริง อันที่จริงการใช้พื้นผิวที่ไม่อนุญาตให้แบคทีเรียเพิ่มจำนวนบนพื้นผิวของวัตถุในโรงพยาบาลและสถานที่สาธารณะสามารถกำจัดแบคทีเรียได้ 80% ในกรณีนี้ แบคทีเรียจะไม่ถูกทำลาย ดังนั้นจึงไม่สามารถต้านทานได้เช่นเดียวกับยาปฏิชีวนะ Sharklet Technology เป็นเทคโนโลยีแรกของโลกที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียโดยไม่ต้องใช้สารพิษ ตาม bigpikture.ru