Uitvindingen geïnspireerd door de natuur

De wetenschap van biomimetica bevindt zich nu in een vroeg stadium van ontwikkeling. Biomimetica is het zoeken en lenen van verschillende ideeën uit de natuur en het gebruik ervan om de problemen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd op te lossen. Originaliteit, ongebruikelijkheid, onberispelijke nauwkeurigheid en zuinigheid van hulpbronnen, waarin de natuur haar problemen oplost, kan gewoon niet anders dan vreugde opwekken en de wens opwekken om deze verbazingwekkende processen, stoffen en structuren tot op zekere hoogte te kopiëren. De term biomimetica werd in 1958 bedacht door de Amerikaanse wetenschapper Jack E. Steele. En het woord "bionics" werd algemeen gebruikt in de jaren 70 van de vorige eeuw, toen de series "The Six Million Dollar Man" en "The Biotic Woman" op televisie verschenen. Tim McGee waarschuwt dat biometrie niet direct moet worden verward met bio-geïnspireerde modellering, omdat, in tegenstelling tot biomimetica, bio-geïnspireerde modellering niet het economische gebruik van hulpbronnen benadrukt. Hieronder staan ​​voorbeelden van de prestaties van biomimetica, waar deze verschillen het meest uitgesproken zijn. Bij het maken van polymere biomedische materialen werd het werkingsprincipe van de holothuriaanse schaal (zeekomkommer) gebruikt. Zeekomkommers hebben een unieke eigenschap: ze kunnen de hardheid van het collageen dat de buitenste laag van hun lichaam vormt, veranderen. Wanneer de zeekomkommer gevaar voelt, verhoogt hij herhaaldelijk de stijfheid van zijn huid, alsof hij door een schaal wordt verscheurd. Omgekeerd, als hij in een nauwe opening moet knijpen, kan hij zo verzwakken tussen de elementen van zijn huid dat deze praktisch in een vloeibare gelei verandert. Een groep wetenschappers van Case Western Reserve is erin geslaagd een materiaal te maken op basis van cellulosevezels met vergelijkbare eigenschappen: in aanwezigheid van water wordt dit materiaal plastic en als het verdampt, stolt het weer. Wetenschappers zijn van mening dat dergelijk materiaal het meest geschikt is voor de productie van intracerebrale elektroden, die met name worden gebruikt bij de ziekte van Parkinson. Wanneer elektroden van dergelijk materiaal in de hersenen worden geïmplanteerd, worden ze van plastic en beschadigen ze het hersenweefsel niet. Het Amerikaanse verpakkingsbedrijf Ecovative Design heeft een groep hernieuwbare en biologisch afbreekbare materialen gecreëerd die kunnen worden gebruikt voor thermische isolatie, verpakkingen, meubels en computerkasten. McGee heeft zelfs al speelgoed gemaakt van dit materiaal. Voor de productie van deze materialen wordt gebruik gemaakt van de kaf van rijst, boekweit en katoen, waarop de schimmel Pleurotus ostreatus (oesterzwam) wordt gekweekt. Een mengsel van oesterzwamcellen en waterstofperoxide wordt in speciale vormen gedaan en in het donker bewaard, zodat het product onder invloed van paddenstoelenmycelium uithardt. Het product wordt vervolgens gedroogd om de groei van de schimmel te stoppen en allergieën tijdens het gebruik van het product te voorkomen. Angela Belcher en haar team hebben een novub-batterij gemaakt die gebruikmaakt van een gemodificeerd M13-bacteriofaagvirus. Het kan zich hechten aan anorganische materialen zoals goud en kobaltoxide. Door zelfassemblage van virussen kunnen vrij lange nanodraden worden verkregen. De groep van Bletcher kon veel van deze nanodraden assembleren, wat resulteerde in de basis van een zeer krachtige en uiterst compacte batterij. In 2009 toonden wetenschappers de mogelijkheid aan om een ​​genetisch gemodificeerd virus te gebruiken om de anode en kathode van een lithium-ionbatterij te maken. Australië heeft het nieuwste Biolytix afvalwaterzuiveringssysteem ontwikkeld. Dit filtersysteem kan zeer snel afvalwater en voedselafval omzetten in kwaliteitswater dat kan worden gebruikt voor irrigatie. In het Biolytix systeem doen wormen en bodemorganismen al het werk. Het gebruik van het Biolytix-systeem vermindert het energieverbruik met bijna 90% en werkt bijna 10 keer efficiënter dan conventionele reinigingssystemen. De jonge Australische architect Thomas Herzig gelooft dat er enorme mogelijkheden zijn voor opblaasbare architectuur. Naar zijn mening zijn opblaasbare constructies veel efficiënter dan traditionele, vanwege hun lichtheid en minimaal materiaalverbruik. De reden ligt in het feit dat de trekkracht alleen op het flexibele membraan werkt, terwijl de drukkracht wordt tegengewerkt door een ander elastisch medium - lucht, dat overal aanwezig is en volledig vrij is. Dankzij dit effect gebruikt de natuur al miljoenen jaren soortgelijke structuren: elk levend wezen bestaat uit cellen. Het idee om architecturale structuren samen te stellen uit pneumocelmodules gemaakt van PVC is gebaseerd op de principes van het bouwen van biologische celstructuren. De door Thomas Herzog gepatenteerde cellen zijn extreem goedkoop en maken het mogelijk om een ​​bijna onbeperkt aantal combinaties te maken. In dit geval zal schade aan een of zelfs meerdere pneumocellen niet leiden tot vernietiging van de hele structuur. Het werkingsprincipe dat door de Calera Corporation wordt gebruikt, bootst grotendeels de creatie na van natuurlijk cement, dat koralen tijdens hun leven gebruiken om calcium en magnesium uit zeewater te extraheren om carbonaten te synthetiseren bij normale temperaturen en drukken. En bij het maken van Calera-cement wordt eerst koolstofdioxide omgezet in koolzuur, waaruit vervolgens carbonaten worden gewonnen. McGee zegt dat met deze methode, om een ​​ton cement te produceren, het nodig is om ongeveer dezelfde hoeveelheid koolstofdioxide te fixeren. De productie van cement op de traditionele manier leidt tot koolstofdioxidevervuiling, maar deze revolutionaire technologie haalt daarentegen koolstofdioxide uit het milieu. Het Amerikaanse bedrijf Novomer, dat nieuwe milieuvriendelijke kunststoffen ontwikkelt, heeft een technologie ontwikkeld voor de productie van kunststoffen, waarbij kooldioxide en koolmonoxide als belangrijkste grondstoffen worden gebruikt. McGee benadrukt de waarde van deze technologie, aangezien het vrijkomen van broeikasgassen en andere giftige gassen in de atmosfeer een van de grootste problemen van de moderne wereld is. In de kunststoftechnologie van Novomer kunnen de nieuwe polymeren en kunststoffen tot 50% kooldioxide en koolmonoxide bevatten en kost de productie van deze materialen aanzienlijk minder energie. Een dergelijke productie zal helpen om een ​​aanzienlijke hoeveelheid broeikasgassen te binden, en deze materialen worden zelf biologisch afbreekbaar. Zodra een insect het vangblad van een vleesetende Venus-vliegenvalplant aanraakt, begint de vorm van het blad onmiddellijk te veranderen en bevindt het insect zich in een dodelijke val. Alfred Crosby en zijn collega's van de Amherst University (Massachusetts) slaagden erin een polymeermateriaal te maken dat op een vergelijkbare manier kan reageren op de kleinste veranderingen in druk, temperatuur of onder invloed van een elektrische stroom. Het oppervlak van dit materiaal is bedekt met microscopisch kleine, met lucht gevulde lenzen die zeer snel hun kromming kunnen veranderen (convex of concaaf worden) met veranderingen in druk, temperatuur of onder invloed van stroom. De grootte van deze microlenzen varieert van 50 µm tot 500 µm. Hoe kleiner de lenzen zelf en de afstand ertussen, hoe sneller het materiaal reageert op veranderingen van buitenaf. McGee zegt dat wat dit materiaal speciaal maakt, is dat het is gemaakt op het snijvlak van micro- en nanotechnologie. Mosselen kunnen, net als veel andere tweekleppige weekdieren, zich stevig hechten aan verschillende oppervlakken met behulp van speciale, zware eiwitfilamenten - de zogenaamde byssus. De buitenste beschermlaag van de byssale klier is een veelzijdig, extreem duurzaam en tegelijkertijd ongelooflijk elastisch materiaal. Hoogleraar Organische Chemie Herbert Waite van de Universiteit van Californië doet al heel lang onderzoek naar mosselen en hij slaagde erin een materiaal te recreëren waarvan de structuur sterk lijkt op het materiaal dat door mosselen wordt geproduceerd. McGee zegt dat Herbert Waite een heel nieuw onderzoeksgebied heeft geopend en dat zijn werk al een andere groep wetenschappers heeft geholpen om PureBond-technologie te creëren voor het behandelen van houten paneeloppervlakken zonder het gebruik van formaldehyde en andere zeer giftige stoffen. Haaienhuid heeft een volledig unieke eigenschap - bacteriën vermenigvuldigen zich er niet op en tegelijkertijd is het niet bedekt met enig bacteriedodend smeermiddel. Met andere woorden, de huid doodt geen bacteriën, ze bestaan ​​er gewoon niet op. Het geheim zit in een speciaal patroon, dat wordt gevormd door de kleinste schubben van haaienhuid. In verbinding met elkaar vormen deze schubben een bijzonder ruitvormig patroon. Dit patroon is gereproduceerd op de Sharklet beschermende antibacteriële film. McGee gelooft dat de toepassing van deze technologie werkelijk grenzeloos is. Inderdaad, de toepassing van een dergelijke textuur die ervoor zorgt dat bacteriën zich niet kunnen vermenigvuldigen op het oppervlak van objecten in ziekenhuizen en openbare plaatsen, kan bacteriën met 80% verwijderen. In dit geval worden bacteriën niet vernietigd en kunnen ze dus geen resistentie verwerven, zoals bij antibiotica wel het geval is. Sharklet Technology is 's werelds eerste technologie die de groei van bacteriën remt zonder het gebruik van giftige stoffen. volgens bigpikture.ru