Phát minh lấy cảm hứng từ thiên nhiên

Khoa học về phỏng sinh học hiện đang ở giai đoạn phát triển ban đầu. Phỏng sinh học là sự tìm kiếm và vay mượn các ý tưởng khác nhau từ thiên nhiên và việc sử dụng chúng để giải quyết các vấn đề mà nhân loại phải đối mặt. Tính nguyên bản, tính bất thường, độ chính xác hoàn hảo và tính kinh tế của các nguồn tài nguyên, trong đó tự nhiên giải quyết các vấn đề của nó, đơn giản không thể không làm hài lòng và gây ra mong muốn sao chép các quá trình, chất và cấu trúc tuyệt vời này ở một mức độ nào đó. Thuật ngữ phỏng sinh học được đặt ra vào năm 1958 bởi nhà khoa học người Mỹ Jack E. Steele. Và từ “bionics” được sử dụng phổ biến vào những năm 70 của thế kỷ trước, khi loạt phim “The Six Million Dollar Man” và “The Biotic Woman” xuất hiện trên truyền hình. Tim McGee cảnh báo rằng không nên nhầm lẫn trực tiếp sinh trắc học với mô hình bioinspired bởi vì, không giống như mô hình sinh học, mô hình bioinspired không nhấn mạnh đến việc sử dụng tiết kiệm tài nguyên. Dưới đây là những ví dụ về những thành tựu của phỏng sinh học, nơi những khác biệt này rõ ràng nhất. Khi tạo ra vật liệu y sinh cao phân tử, người ta đã sử dụng nguyên lý hoạt động của vỏ holothurian (hải sâm). Hải sâm có một đặc điểm độc đáo - chúng có thể thay đổi độ cứng của collagen tạo thành lớp bao bọc bên ngoài cơ thể. Khi hải sâm cảm thấy nguy hiểm, nó liên tục làm tăng độ cứng của da, như thể bị rách bởi một chiếc vỏ. Ngược lại, nếu anh ta cần phải chui vào một khe hẹp, anh ta có thể yếu đi giữa các phần tử của da mình đến mức nó thực sự biến thành một loại thạch lỏng. Một nhóm các nhà khoa học từ Case Western Reserve đã cố gắng tạo ra một loại vật liệu dựa trên sợi xenlulo với các đặc tính tương tự: khi có nước, vật liệu này sẽ trở thành nhựa, và khi bay hơi, nó sẽ đông đặc lại. Các nhà khoa học tin rằng vật liệu như vậy là phù hợp nhất để sản xuất các điện cực trong não, đặc biệt, được sử dụng trong bệnh Parkinson. Khi được cấy vào não, các điện cực làm bằng vật liệu này sẽ trở thành nhựa và không làm tổn thương mô não. Công ty bao bì Hoa Kỳ Ecovative Design đã tạo ra một nhóm vật liệu tái tạo và phân hủy sinh học có thể được sử dụng để cách nhiệt, đóng gói, đồ nội thất và vỏ máy tính. McGee thậm chí đã có một món đồ chơi làm từ vật liệu này. Để sản xuất những nguyên liệu này, người ta sử dụng vỏ trấu, kiều mạch và bông để trồng loại nấm Pleurotus ostreatus (nấm sò). Hỗn hợp chứa tế bào nấm sò và hydrogen peroxide được đặt trong khuôn đặc biệt và để trong bóng tối để sản phẩm cứng lại dưới tác động của sợi nấm. Sau đó sản phẩm được sấy khô để ngăn chặn sự phát triển của nấm và chống dị ứng trong quá trình sử dụng sản phẩm. Angela Belcher và nhóm của cô đã tạo ra một pin novub sử dụng một loại vi rút thực khuẩn M13 đã được sửa đổi. Nó có thể tự gắn vào các vật liệu vô cơ như vàng và oxit coban. Do sự tự lắp ráp của virus, có thể thu được các dây nano khá dài. Nhóm của Bletcher đã có thể lắp ráp nhiều dây nano này, tạo ra cơ sở là một loại pin rất mạnh và cực kỳ nhỏ gọn. Năm 2009, các nhà khoa học đã chứng minh khả năng sử dụng một loại virus biến đổi gen để tạo ra cực dương và cực âm của pin lithium-ion. Australia đã phát triển hệ thống xử lý nước thải Biolytix mới nhất. Hệ thống lọc này có thể rất nhanh chóng biến nước thải và chất thải thực phẩm thành nước chất lượng có thể được sử dụng để tưới tiêu. Trong hệ thống Biolytix, giun và các sinh vật trong đất thực hiện tất cả các công việc. Sử dụng hệ thống Biolytix giảm tiêu thụ năng lượng gần 90% và hoạt động hiệu quả hơn gần 10 lần so với các hệ thống làm sạch thông thường. Kiến trúc sư trẻ người Úc Thomas Herzig tin rằng có nhiều cơ hội lớn cho kiến ​​trúc bơm hơi. Theo ý kiến ​​của ông, cấu trúc bơm hơi hiệu quả hơn nhiều so với cấu trúc truyền thống, do nhẹ và tiêu thụ vật liệu tối thiểu. Nguyên nhân nằm ở chỗ, lực kéo chỉ tác dụng lên màng dẻo, trong khi lực nén lại bị ngược lại bởi một môi trường đàn hồi khác - không khí, có mặt ở khắp mọi nơi và hoàn toàn tự do. Nhờ tác động này, thiên nhiên đã sử dụng các cấu trúc tương tự trong hàng triệu năm: mọi sinh vật đều bao gồm các tế bào. Ý tưởng lắp ráp các cấu trúc kiến ​​trúc từ các mô-đun Pneumocell làm bằng PVC dựa trên nguyên lý xây dựng cấu trúc tế bào sinh học. Các tế bào, được cấp bằng sáng chế bởi Thomas Herzog, có chi phí cực kỳ thấp và cho phép bạn tạo ra số lượng kết hợp gần như không giới hạn. Trong trường hợp này, thiệt hại cho một hoặc thậm chí một số tế bào khí sinh sẽ không dẫn đến việc phá hủy toàn bộ cấu trúc. Nguyên tắc hoạt động được sử dụng bởi Calera Corporation phần lớn bắt chước việc tạo ra xi măng tự nhiên, loại san hô sử dụng trong suốt cuộc đời của chúng để chiết xuất canxi và magiê từ nước biển để tổng hợp cacbonat ở nhiệt độ và áp suất bình thường. Và trong quá trình tạo ra xi măng Calera, carbon dioxide đầu tiên được chuyển đổi thành axit cacbonic, từ đó thu được các muối cacbonat. McGee nói rằng với phương pháp này, để sản xuất một tấn xi măng, cần phải cố định một lượng carbon dioxide tương đương. Việc sản xuất xi măng theo cách truyền thống dẫn đến ô nhiễm carbon dioxide, nhưng ngược lại, công nghệ mang tính cách mạng này lại lấy đi carbon dioxide từ môi trường. Công ty Novomer của Mỹ, chuyên phát triển các vật liệu tổng hợp mới thân thiện với môi trường, đã tạo ra một công nghệ sản xuất nhựa, trong đó carbon dioxide và carbon monoxide được sử dụng làm nguyên liệu chính. McGee nhấn mạnh giá trị của công nghệ này, vì việc thải khí nhà kính và các khí độc hại khác vào bầu khí quyển là một trong những vấn đề chính của thế giới hiện đại. Trong công nghệ nhựa của Novomer, các polyme và chất dẻo mới có thể chứa tới 50% carbon dioxide và carbon monoxide, và việc sản xuất những vật liệu này cần ít năng lượng hơn đáng kể. Việc sản xuất như vậy sẽ giúp kết dính một lượng đáng kể khí nhà kính và bản thân những vật liệu này trở nên phân hủy sinh học. Ngay sau khi một con côn trùng chạm vào lá bẫy của cây ruồi Venus ăn thịt, hình dạng của chiếc lá ngay lập tức bắt đầu thay đổi, và con côn trùng thấy mình đang ở trong một cái bẫy chết chóc. Alfred Crosby và các đồng nghiệp của ông từ Đại học Amherst (Massachusetts) đã tìm cách tạo ra một vật liệu polyme có khả năng phản ứng theo cách tương tự với những thay đổi nhỏ nhất của áp suất, nhiệt độ hoặc dưới tác động của dòng điện. Bề mặt của vật liệu này được bao phủ bởi các thấu kính cực nhỏ, chứa đầy không khí có thể rất nhanh chóng thay đổi độ cong của chúng (trở nên lồi hoặc lõm) với những thay đổi về áp suất, nhiệt độ hoặc dưới tác động của dòng điện. Kích thước của các vi thấu kính này thay đổi từ 50 µm đến 500 µm. Bản thân các thấu kính và khoảng cách giữa chúng càng nhỏ thì vật liệu càng phản ứng nhanh hơn với những thay đổi bên ngoài. McGee nói rằng điều làm cho vật liệu này trở nên đặc biệt là nó được tạo ra ở giao điểm của công nghệ vi mô và nano. Vẹm, giống như nhiều loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ khác, có thể bám chắc vào nhiều loại bề mặt với sự trợ giúp của các sợi protein nặng, đặc biệt - cái gọi là sợi tơ tằm. Lớp bảo vệ bên ngoài của tuyến byssal là một vật liệu đa năng, cực kỳ bền và đồng thời cực kỳ đàn hồi. Giáo sư Hóa hữu cơ Herbert Waite của Đại học California đã nghiên cứu về trai trong một thời gian rất dài, và ông đã tìm cách tạo ra một loại vật liệu có cấu trúc rất giống với vật liệu do trai tạo ra. McGee nói rằng Herbert Waite đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới và công trình của ông đã giúp một nhóm các nhà khoa học khác tạo ra công nghệ PureBond để xử lý bề mặt tấm gỗ mà không sử dụng formaldehyde và các chất độc hại khác. Da cá mập có một đặc tính hoàn toàn độc đáo - vi khuẩn không sinh sôi trên đó, đồng thời nó không được bao phủ bởi bất kỳ chất bôi trơn diệt khuẩn nào. Nói cách khác, da không diệt được vi khuẩn, chúng chỉ đơn giản là không tồn tại trên đó. Bí mật nằm ở một hoa văn đặc biệt, được hình thành bởi những vảy nhỏ nhất của da cá mập. Kết nối với nhau, các vảy này tạo thành một mô hình hình thoi đặc biệt. Mô hình này được tái tạo trên màng kháng khuẩn bảo vệ Sharklet. McGee tin rằng ứng dụng của công nghệ này thực sự là vô hạn. Thật vậy, việc áp dụng kết cấu không cho vi khuẩn sinh sôi trên bề mặt các đồ vật trong bệnh viện và nơi công cộng có thể loại bỏ vi khuẩn tới 80%. Trong trường hợp này, vi khuẩn không bị tiêu diệt, và do đó, chúng không thể kháng thuốc, như trường hợp kháng sinh. Sharklet Technology là công nghệ đầu tiên trên thế giới ức chế sự phát triển của vi khuẩn mà không sử dụng các chất độc hại. theo bigpikture.ru