המצאות בהשראת הטבע

מדע הביומימטיקה נמצא כעת בשלב מוקדם של התפתחות. ביומימטיקה הוא חיפוש והשאלה של רעיונות שונים מהטבע והשימוש בהם לפתרון הבעיות העומדות בפני האנושות. מקוריות, חריגות, דיוק ללא דופי וחסכון במשאבים, שבהם הטבע פותר את בעיותיו, פשוט לא יכולים אלא לשמח ולגרום לרצון להעתיק את התהליכים, החומרים והמבנים המדהימים הללו במידה מסוימת. המונח ביומימטיקה נטבע בשנת 1958 על ידי המדען האמריקאי ג'ק אי סטיל. והמילה "ביוניקה" נכנסה לשימוש כללי בשנות ה-70 של המאה הקודמת, כשהסדרות "איש שישה מיליון דולר" ו"האישה הביוטית" הופיעו בטלוויזיה. טים מקגי מזהיר שאין לבלבל ביומטריה ישירות עם מודלים בהשראה ביולוגית מכיוון שבניגוד לביומימטיקה, דוגמנות בהשראה ביולוגית אינה מדגישה את השימוש החסכוני במשאבים. להלן דוגמאות להישגים של ביומימטיקה, שבה ההבדלים הללו בולטים ביותר. בעת יצירת חומרים ביו-רפואיים פולימריים, נעשה שימוש בעקרון הפעולה של המעטפת ההולוטוריאנית (מלפפון ים). למלפפונים ים יש תכונה ייחודית - הם יכולים לשנות את קשיות הקולגן שיוצר את הכיסוי החיצוני של גופם. כאשר מלפפון הים חש בסכנה, הוא מגביר שוב ושוב את קשיחות עורו, כאילו נקרע על ידי קליפה. לעומת זאת, אם הוא צריך להידחק לתוך מרווח צר, הוא יכול להיחלש כל כך בין מרכיבי העור שלו, עד שהוא הופך למעשה לג'לי נוזלי. קבוצת מדענים מקייס ווסטרן רזרב הצליחה ליצור חומר המבוסס על סיבי תאית בעלי תכונות דומות: בנוכחות מים חומר זה הופך לפלסטיק, וכשהוא מתאדה הוא מתמצק שוב. מדענים מאמינים כי חומר כזה הוא המתאים ביותר לייצור אלקטרודות תוך מוחיות, המשמשות, במיוחד, במחלת פרקינסון. כאשר יושתלו במוח, אלקטרודות העשויות מחומר כזה יהפכו לפלסטיק ולא יפגעו ברקמת המוח. חברת האריזה האמריקנית Ecovative Design יצרה קבוצה של חומרים מתחדשים ומתכלים שיכולים לשמש לבידוד תרמי, אריזה, רהיטים ומארזי מחשב. למקגי אפילו יש צעצוע שעשוי מהחומר הזה. לייצור חומרים אלו משתמשים בקליפות של אורז, כוסמת וכותנה, עליהן מגדלים את הפטרייה Pleurotus ostreatus (פטריית צדפה). תערובת המכילה תאי פטריות צדפות ומי חמצן מונחת בתבניות מיוחדות ונשמרת בחושך כך שהמוצר יתקשה בהשפעת תפטיר פטריות. לאחר מכן מייבשים את המוצר כדי לעצור את צמיחת הפטרייה ולמנוע אלרגיות במהלך השימוש במוצר. אנג'לה בלכר והצוות שלה יצרו סוללת נובוב המשתמשת בנגיף בקטריופאג' M13 שונה. הוא מסוגל להתחבר לחומרים אנאורגניים כמו זהב ותחמוצת קובלט. כתוצאה מהרכבה עצמית של וירוסים, ניתן להשיג ננו-חוטים ארוכים למדי. הקבוצה של Bletcher הצליחה להרכיב רבים מהננו-חוטים הללו, והביאו לבסיס של סוללה חזקה מאוד וקומפקטית במיוחד. בשנת 2009, מדענים הדגימו את האפשרות להשתמש בווירוס מהונדס גנטית כדי ליצור את האנודה והקתודה של סוללת ליתיום-יון. אוסטרליה פיתחה את מערכת הטיפול בשפכים של Biolytix העדכנית ביותר. מערכת סינון זו יכולה להפוך במהירות רבה שפכים ופסולת מזון למים איכותיים שניתן להשתמש בהם להשקיה. במערכת Biolytix, תולעים ואורגניזמים באדמה עושים את כל העבודה. שימוש במערכת Biolytix מפחית את צריכת האנרגיה בכמעט 90% ועובד כמעט פי 10 יותר ביעילות ממערכות ניקוי קונבנציונליות. האדריכל האוסטרלי הצעיר תומס הרציג מאמין שיש הזדמנויות ענק לארכיטקטורה מתנפחת. לדעתו, מבנים מתנפחים יעילים הרבה יותר מהמבנים המסורתיים, בשל קלותם וצריכת החומרים המינימלית. הסיבה נעוצה בעובדה שכוח המתיחה פועל רק על הממברנה הגמישה, בעוד שכוח הלחיצה מתנגד לתווך אלסטי אחר - אוויר, שנמצא בכל מקום וחופשי לחלוטין. הודות להשפעה זו, הטבע משתמש במבנים דומים כבר מיליוני שנים: כל יצור חי מורכב מתאי. הרעיון של הרכבת מבנים אדריכליים ממודולי pneumocell העשויים מ-PVC מבוסס על עקרונות בניית מבנים תאיים ביולוגיים. התאים, המוגנים בפטנט על ידי תומס הרצוג, הם בעלות נמוכה במיוחד ומאפשרים לך ליצור מספר כמעט בלתי מוגבל של שילובים. במקרה זה, פגיעה בתא pneumocell אחד או אפילו כמה לא יגרום להרס של המבנה כולו. עקרון הפעולה בו משתמש תאגיד Calera מחקה במידה רבה את יצירת המלט הטבעי, שבו משתמשים האלמוגים במהלך חייהם כדי להפיק סידן ומגנזיום ממי ים על מנת לסנתז קרבונטים בטמפרטורות ולחצים רגילים. וביצירת צמנט Calera, פחמן דו חמצני הופך תחילה לחומצה פחמנית, ממנה מתקבלים לאחר מכן קרבונטים. מקגי אומר שבשיטה זו, כדי לייצר טון אחד של מלט, יש צורך לתקן בערך אותה כמות של פחמן דו חמצני. ייצור המלט בדרך המסורתית מוביל לזיהום פחמן דו חמצני, אך הטכנולוגיה המהפכנית הזו, להיפך, לוקחת פחמן דו חמצני מהסביבה. חברת Novomer האמריקאית, המפתחת חומרים סינתטיים חדשים ידידותיים לסביבה, יצרה טכנולוגיה לייצור פלסטיק, שבה פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני משמשים כחומרי הגלם העיקריים. מקגי מדגישה את ערכה של טכנולוגיה זו, שכן שחרור גזי חממה וגזים רעילים אחרים לאטמוספירה היא אחת הבעיות העיקריות של העולם המודרני. בטכנולוגיית הפלסטיק של נובומר, הפולימרים והפלסטיק החדשים יכולים להכיל עד 50% פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני, והפקת חומרים אלו דורשת פחות אנרגיה משמעותית. ייצור כזה יעזור לקשור כמות משמעותית של גזי חממה, וחומרים אלו עצמם הופכים למתכלים. ברגע שחרק נוגע בעלה המלכוד של צמח מלכודת ונוס טורפת, צורת העלה מתחילה מיד להשתנות, והחרק מוצא את עצמו במלכודת מוות. אלפרד קרוסבי ועמיתיו מאוניברסיטת אמהרסט (מסצ'וסטס) הצליחו ליצור חומר פולימרי המסוגל להגיב בצורה דומה לשינויים הקלים ביותר בלחץ, טמפרטורה או בהשפעת זרם חשמלי. פני השטח של חומר זה מכוסים בעדשות מיקרוסקופיות מלאות אוויר שיכולות לשנות במהירות רבה את העקמומיות שלהן (להיות קמור או קעור) עם שינויים בלחץ, בטמפרטורה או בהשפעת הזרם. גודלן של מיקרועדשות אלה משתנה בין 50 מיקרומטר ל-500 מיקרון. ככל שהעדשות עצמן והמרחק ביניהן קטנים יותר, כך החומר מגיב מהר יותר לשינויים חיצוניים. מקגי אומר שמה שמייחד את החומר הזה הוא שהוא נוצר בצומת של מיקרו-ננוטכנולוגיה. מולים, כמו רכיכות דו מסתמיות רבות אחרות, מסוגלות להיצמד בחוזקה למגוון משטחים בעזרת חוטי חלבון מיוחדים וכבדים - מה שנקרא byssus. שכבת ההגנה החיצונית של בלוטת הביסל היא חומר רב תכליתי, עמיד במיוחד ובו בזמן אלסטי להפליא. פרופסור לכימיה אורגנית הרברט ווייט מאוניברסיטת קליפורניה חוקר מולים כבר הרבה מאוד זמן, והוא הצליח לשחזר חומר שהמבנה שלו דומה מאוד לחומר שמייצרים מולים. מקגי אומר שהרברט ווייט פתח תחום מחקר חדש לגמרי, ושעבודתו כבר סייעה לקבוצה נוספת של מדענים ליצור טכנולוגיית PureBond לטיפול במשטחי לוחות עץ ללא שימוש בפורמלדהיד וחומרים רעילים מאוד אחרים. לעור הכריש יש תכונה ייחודית לחלוטין - חיידקים אינם מתרבים עליו, ובמקביל הוא אינו מכוסה בשום חומר סיכה קוטל חיידקים. במילים אחרות, העור לא הורג חיידקים, הם פשוט לא קיימים עליו. הסוד טמון בתבנית מיוחדת, שנוצרת על ידי הקשקשים הקטנים ביותר של עור הכריש. קשקשים אלה מתחברים זה לזה, יוצרים דוגמה מיוחדת בצורת יהלום. דפוס זה משוכפל על הסרט האנטיבקטריאלי המגן של Sharklet. מקגי מאמינה שהיישום של טכנולוגיה זו הוא באמת בלתי מוגבל. ואכן, יישום מרקם כזה שאינו מאפשר לחיידקים להתרבות על פני חפצים בבתי חולים ובמקומות ציבוריים יכול להיפטר מחיידקים ב-80%. במקרה זה, חיידקים אינם מושמדים, ולכן, הם אינם יכולים לרכוש עמידות, כפי שקורה באנטיביוטיקה. Sharklet Technology היא הטכנולוגיה הראשונה בעולם המעכבת גידול חיידקים ללא שימוש בחומרים רעילים. על פי bigpikture.ru