آنجا که فناوری از طبیعت الهام می گیرد

عصرایران؛ محمد مهدی حیدرپور - الهام گرفتن از طبیعت برای حل مشکلات انسان ایده ای محسوب می شود که به شکل گیری "علم تقلید حیاتی" (Biomimetics) منجر شده است. با گذشت زمان، روند تکامل به پیشرفت هایی باورنکردنی منجر شده که از فتوسنتز در گیاهان تا چشم انسان را در بر می گیرد. در همین راستا، دانشمندان فناوری هایی را توسعه داده اند که با الهام و تقلید از برخی نوآوری های منحصر به فرد در طبیعت شکل گرفته اند. در ادامه این مطلب برخی از آنها را معرفی می کنیم.

پوست کوسه

کوسه ها، شکارچیان پنهان‌کار اعماق آب ها هستند. پوست کوسه ها دارای فلس هایی براق از جنس ماده سخت "دنتین" است که شبیه دندانه هایی ریز به نظر می رسند. این دندانه ها اصطکاک بدن کوسه با آب را کاهش داده و به شنای سریعتر حیوان کمک می کنند. همچنین، ویژگی پوست کوسه از حضور بارناکل ها* و دیگر موجودات زنده که "رسوب زیستی" را موجب می شوند، جلوگیری می کند. دانشمندان آلمانی پوست مصنوعی کوسه را از سیلیکون الاستیک تولید کرده که رسوب زیستی را در آزمایش ها تا 67 درصد کاهش داده است. نیروی دریایی ارتش آمریکا نیز در زمینه تولید محصولی مشابه سرمایه گذاری کرده است.

پیوند پوست

تکنیکی جدید در پیوند پوست - جراحی پیوند برای درمان زخم ها و یا سوختگی ها - با الهام از یک کرم انگل شکل گرفته است. کرم خاردار Pomphorhynchus laevispierces با استفاده از تیغی خارمانند در روده میزبان خود نفوذ کرده و سپس سر کاکتوس مانندش را برای تغذیه در بافت میزبان محکم می کند.

به طور مشابه، پیوند پوست چسبنده شامل یک وصله از سوزن های بسیار کوچک می شود که سر آنها هنگام تماس با آب برجسته شده و بافت پیوندی را در جای خود نگه می دارد. به گفته دانشمندان این ماده سه برابر قوی‌تر از بخیه ها و چسب های جراحی است.

اختراع چسب نر و ماده برزنتی (ولکرو)

چسب نر و ماده برزنتی (ولکرو) امروزه در هر چیزی از لباس فضانورادان تا کفش کودکان کاربرد دارد. این چسب با الهام از روش چسبیدن دانه ها و میوه های خاردار گیاهان به موی سگ ها اختراع شد. در سال 1941، "جورج دو مسترال"، مهندس سوئیسی، دانه های خاردار را زیر میکروسکوپ مشاهده کرده و متوجه شد دارای صدها قلاب ریز هستند که می توانند در حلقه های مو و یا لباس گیر کنند. وی ماده ای را بر اساس این کشف توسعه داده و آن را چسب نر و ماده برزنتی یا ولکرو نامید.

درخشندگی بال پروانه

نمایشگرهای رنگی برای کتابخوان های الکترونیکی با الهام از منبعی غیر معمول و نامحتمل توسط دانشمندان تولید شده اند: بال های پروانه. شرکت کوالکام تکنولوژیز نخستین مدل اولیه کتابخوان الکترونیکی تمام رنگی را بر اساس نوع درخشش بال های پروانه در نور توسعه داده است. این نمایشگر که به نام "میراسول" شناخته می شود از طریق بازتابش نور به جای انتقال نور از پشت نمایشگر - همان گونه که در نمایشگرهای LCD صورت می گیرد - کار می کند. این نوع جدید نمایشگر قابلیت خواندن در نور شدید آفتاب را فراهم کرده و از عمر باتری بالایی نیز سود می برد.

سوسک تشنه

سوسک های کوچک بیابان نامیب (کشور نامیبیا، جنوب غربی آفریقا) روشی هوشمندانه برای بقا در این زیستگاه خشک و خشن را یافته اند. این جانداران با تغلیظ مه به قطرات آب، جمع آوری آب روی برآمدگی های پشت خود و رفع تشنگی را امکان پذیر کرده اند.

پژوهشگران دانشگاه MIT (آمریکا) با الهام از این روش ماده ای از شیشه و پلاستیک و پر از برآمدگی تولید کرده اند که پشت سوسک های بیابان نامیب را تقلید می کند. این ماده می تواند برای جمع آوری آب و مایعات دیگر استفاده شود. مقام های رسمی ارتش آمریکا فکر می کنند این ماده می تواند حتی برای پاکسازی نشت های سمی به کار گرفته شود.

چسبیدن مارمولکی

مارمولک می توانند روی دیوارها و سقف راه برود زیرا پاهای آنها شامل توده های متراکمی از برآمدگی ها می شود که هر یک از آنها نازک‌تر از موی انسان هستند. با الهام از چگونگی چسبیدن و رهاسازی پای مارمولک از روی یک سطح، چسب جدیدی شامل میلیون ها الیاف پلاستیکی ساخته شده است. از جمله کاربردهای آن می توان به تجهیزات کوهنوردی و دستگاه های پزشکی اشاره کرد.

قدرتمند همچون تار عنکبوت

حتی خارج از داستان های علمی تخیلی، تار عنکبوت به عنوان یکی از قدرتمندترین مواد طبیعت شناخته می شود. تار ابریشمی عنکبوت از نظر وزن پنج برابر قوی‌تر از فولاد است. ابریشم، چسبنده و بسیار سبک وزن است. در شرایطی که تار عنکبوت شکارهای آن را به دام می اندازد اما خود این حیوان به راحتی روی تارها حرکت می کند.

دانشمندان محصول پزشکی را با تقلید از این ویژگی تولید کرده اند. چسب انعطاف پذیر تولید شده بر این اساس می تواند بدون آسیب رساندن به بافت زیرین از زخم جدا شود. این ماده چسبنده می تواند برای اتصال لوله ها و حسگرها به پوست ظریف نوزادان و یا افراد مسن به کار گرفته شود. برای تولید این چسب پژوهشگران یک فیلم سیلیکونی را در مواد محافظ به کار گرفته و از لیزر برای ایجاد الگوی شبکه ای روی سیلیکون استفاده کرده اند. این شبکه همانند تار عنکبوت بخشی از قسمت های ماده را چسبنده و قسمت های دیگر را غیر چسبنده می کند.

طبیعت، آزمایشگاهی به وسعت میلیاردها سال

آنچه علم بیومیمتیک یا تقلید حیاتی به ما می آموزد، این حقیقت است که طبیعت پیش از انسان، پیچیده ترین مسائل مهندسی را با بهینه ترین روش ها حل کرده است. الهام گرفتن از ساختار پوست کوسه یا تار عنکبوت، تنها یک کپی برداری ساده نیست، بلکه گذار به سمت «فناوری های پایدار» و کم هزینه ای است که کمترین آسیب را به محیط زیست وارد می کنند. چالش امروز صنعت، نه فقط کشف مواد جدید، بلکه درک عمیق تر از الگوهای بیولوژیکی است که میلیاردها سال تکامل را پشت سر گذاشته اند. سرمایه گذاری در این حوزه می تواند منجر به انقلابی در تجهیزات پزشکی، صنایع نظامی و حتی کاهش مصرف انرژی در نمایشگرهای دیجیتال شود. در واقع، آینده فناوری در گرو بازگشت به ریشه ها و شاگردی در محضر طبیعت است.

*بارناکل یا کشتی‌چسب نام گروهی از جانوران بندپا از فرو رده مژه‌پایان است که به زیر شاخه سخت پوستان، رده آرواره‌پایان تعلق دارد. 

کارت سوخت می‌رود یا می‌ماند؟

بیشتر بخوانید:

آنجا که فناوری از طبیعت الهام می گیرد (بخش دوم)

تماشاخانه

فیلم عجیبی از هتل 3 میلیارد دلاری امارات که خیلی ها باورش کردند!

یلدا و قصه‌ی یکی شدن ما..! (فیلم)

فیلم های دیگر