Vynálezy inspirované přírodou

Věda o biomimetice je nyní v rané fázi vývoje. Biomimetika je hledání a vypůjčování si různých myšlenek z přírody a jejich využití k řešení problémů, kterým lidstvo čelí. Originalita, neobvyklost, dokonalá přesnost a hospodárnost zdrojů, ve kterých příroda řeší své problémy, prostě nemůže než potěšit a způsobit touhu tyto úžasné procesy, látky a struktury do jisté míry kopírovat. Termín biomimetika zavedl v roce 1958 americký vědec Jack E. Steele. A slovo „bionika“ se začalo běžně používat v 70. letech minulého století, kdy se v televizi objevily seriály „The Six Million Dollar Man“ a „The Biotic Woman“. Tim McGee varuje, že biometrie by neměla být přímo zaměňována s bioinspirovaným modelováním, protože na rozdíl od biomimetiky bioinspirované modelování neklade důraz na ekonomické využití zdrojů. Níže jsou uvedeny příklady úspěchů biomimetiky, kde jsou tyto rozdíly nejvýraznější. Při vytváření polymerních biomedicínských materiálů byl použit princip fungování holothurijní skořápky (mořské okurky). Mořské okurky mají jedinečnou vlastnost – dokážou změnit tvrdost kolagenu, který tvoří vnější obal jejich těla. Když mořská okurka vycítí nebezpečí, opakovaně zvyšuje tuhost své slupky, jako by ji roztrhla skořápka. Naopak, pokud se potřebuje vtěsnat do úzké mezery, může mezi prvky své kůže tak zeslábnout, že se prakticky změní v tekuté želé. Skupině vědců z Case Western Reserve se podařilo vytvořit materiál na bázi celulózových vláken s podobnými vlastnostmi: v přítomnosti vody se tento materiál stává plastickým, a když se odpaří, opět tuhne. Vědci se domnívají, že takový materiál je nejvhodnější pro výrobu intracerebrálních elektrod, které se používají zejména u Parkinsonovy choroby. Po implantaci do mozku se elektrody vyrobené z takového materiálu stanou plastickými a nepoškodí mozkovou tkáň. Americká obalová společnost Ecovative Design vytvořila skupinu obnovitelných a biologicky odbouratelných materiálů, které lze použít pro tepelnou izolaci, obaly, nábytek a počítačové skříně. McGee dokonce už má hračku vyrobenou z tohoto materiálu. K výrobě těchto materiálů se používají slupky rýže, pohanky a bavlny, na kterých se pěstuje houba Pleurotus ostreatus (hlíva ústřičná). Směs obsahující buňky hlívy ústřičné a peroxid vodíku se umístí do speciálních forem a uchovává se ve tmě, aby produkt vlivem houbového mycelia ztvrdnul. Výrobek se poté suší, aby se zastavil růst plísně a zabránilo se alergiím během používání výrobku. Angela Belcher a její tým vytvořili novub baterii, která používá modifikovaný bakteriofágový virus M13. Je schopen se připojit k anorganickým materiálům, jako je zlato a oxid kobaltu. V důsledku samouspořádání viru lze získat poměrně dlouhé nanodrátky. Bletcherova skupina dokázala sestavit mnoho z těchto nanodrátů, což vedlo k základu velmi výkonné a extrémně kompaktní baterie. V roce 2009 vědci prokázali možnost použití geneticky modifikovaného viru k vytvoření anody a katody lithium-iontové baterie. Austrálie vyvinula nejnovější systém čištění odpadních vod Biolytix. Tento filtrační systém dokáže velmi rychle proměnit splašky a potravinový odpad na kvalitní vodu použitelnou k zavlažování. V systému Biolytix odvádějí veškerou práci červi a půdní organismy. Použití systému Biolytix snižuje spotřebu energie téměř o 90 % a funguje téměř 10krát efektivněji než běžné čisticí systémy. Mladý australský architekt Thomas Herzig věří, že pro nafukovací architekturu existují obrovské příležitosti. Nafukovací konstrukce jsou podle jeho názoru mnohem efektivnější než tradiční, a to díky své lehkosti a minimální spotřebě materiálu. Důvod spočívá v tom, že tahová síla působí pouze na pružnou membránu, zatímco tlakové síle působí jiné elastické médium – vzduch, který je přítomen všude a zcela zdarma. Díky tomuto efektu příroda používá podobné struktury už miliony let: každá živá bytost se skládá z buněk. Myšlenka sestavování architektonických struktur z pneumocell modulů vyrobených z PVC je založena na principech budování biologických buněčných struktur. Články, patentované Thomasem Herzogem, jsou extrémně levné a umožňují vytvářet téměř neomezené množství kombinací. V tomto případě poškození jednoho nebo dokonce několika pneumobuněk nebude znamenat zničení celé struktury. Princip fungování používaný společností Calera Corporation do značné míry napodobuje tvorbu přírodního cementu, který koráli během svého života využívají k extrakci vápníku a hořčíku z mořské vody za účelem syntézy uhličitanů za normálních teplot a tlaků. A při tvorbě cementu Calera se oxid uhličitý nejprve přemění na kyselinu uhličitou, ze které se pak získávají uhličitany. McGee říká, že při této metodě je k výrobě jedné tuny cementu nutné fixovat přibližně stejné množství oxidu uhličitého. Výroba cementu tradičním způsobem vede ke znečištění oxidem uhličitým, ale tato revoluční technologie naopak oxid uhličitý z prostředí odebírá. Americká společnost Novomer, která vyvíjí nové syntetické materiály šetrné k životnímu prostředí, vytvořila technologii výroby plastů, kde se jako hlavní suroviny používá oxid uhličitý a oxid uhelnatý. McGee zdůrazňuje hodnotu této technologie, protože uvolňování skleníkových plynů a dalších toxických plynů do atmosféry je jedním z hlavních problémů moderního světa. V technologii plastů společnosti Novomer mohou nové polymery a plasty obsahovat až 50 % oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého a výroba těchto materiálů vyžaduje podstatně méně energie. Taková výroba pomůže vázat značné množství skleníkových plynů a tyto materiály se samy stanou biologicky rozložitelné. Jakmile se hmyz dotkne lapacího listu masožravé rostliny mucholapky Venuše, okamžitě se začne měnit tvar listu a hmyz se ocitne ve smrtelné pasti. Alfredu Crosbymu a jeho kolegům z Amherst University (Massachusetts) se podařilo vytvořit polymerní materiál, který je schopen podobným způsobem reagovat na sebemenší změny tlaku, teploty nebo pod vlivem elektrického proudu. Povrch tohoto materiálu je pokryt mikroskopickými, vzduchem plněnými čočkami, které mohou velmi rychle měnit své zakřivení (stát se konvexní nebo konkávní) se změnami tlaku, teploty nebo pod vlivem proudu. Velikost těchto mikročoček se pohybuje od 50 µm do 500 µm. Čím menší jsou samotné čočky a vzdálenost mezi nimi, tím rychleji materiál reaguje na vnější změny. McGee říká, že to, co dělá tento materiál výjimečným, je to, že je vytvořen na průsečíku mikro- a nanotechnologie. Slávky, stejně jako mnoho jiných mlžů, se dokážou pevně přichytit na různé povrchy pomocí speciálních, vysoce odolných proteinových vláken – tzv. byssus. Vnější ochranná vrstva byssální žlázy je všestranný, extrémně odolný a zároveň neuvěřitelně elastický materiál. Profesor organické chemie Herbert Waite z Kalifornské univerzity se zabývá výzkumem mušlí velmi dlouho a podařilo se mu znovu vytvořit materiál, jehož struktura je velmi podobná materiálu produkovaného mušlemi. McGee říká, že Herbert Waite otevřel zcela nové pole výzkumu a že jeho práce již pomohla jiné skupině vědců vytvořit technologii PureBond pro ošetření povrchů dřevěných panelů bez použití formaldehydu a dalších vysoce toxických látek. Žraločí kůže má zcela unikátní vlastnost – nemnoží se na ní bakterie a zároveň není pokryta žádným baktericidním lubrikantem. Jinými slovy, kůže bakterie nezabíjí, prostě na ní neexistují. Tajemství spočívá ve speciálním vzoru, který tvoří nejmenší šupinky žraločí kůže. Vzájemně se tyto šupiny spojují a vytvářejí zvláštní kosočtvercový vzor. Tento vzor je reprodukován na ochranném antibakteriálním filmu Sharklet. McGee věří, že použití této technologie je skutečně neomezené. Aplikace takové textury, která neumožňuje množení bakterií na povrchu předmětů v nemocnicích a na veřejných místech, se může zbavit bakterií o 80 %. V tomto případě nejsou bakterie zničeny, a proto nemohou získat rezistenci, jako je tomu u antibiotik. Sharklet Technology je první technologií na světě, která inhibuje růst bakterií bez použití toxických látek. podle bigpikture.ru