Учити од конструкција у природи

„Многе од наших најбољих проналазака копирали смо од других живих створења, или их она већ користе“ (Фил Гејтс, Wild Technology).

КАО што је већ поменуто у претходном чланку, биомиметика као наука има за циљ да произведе сложеније материјале и машине путем подражавања природе. Своје продукте природа израђује не стварајући загађење, и они су углавном отпорни и лаки, а ипак невероватно јаки.

На пример, ако се узме грам за грам, кост је јача од челика. У чему је тајна? Део одговора је у њеном добро осмишљеном облику, али главни разлог лежи дубље — на молекуларном нивоу. „За успешност живих организама заслужна је конструкција и састав њихових најсићушнијих компоненти“, објашњава Гејтс. Након што су добро промотрили те најсићушније компоненте, научници су изоловали супстанце које природним материјалима, од костију па до свиле, пружају ту завидну јачину и малу тежину. Те супстанце, које су открили, представљају различите облике природних композита.

Чудо од композита

Композити су чврсти материјали настали комбинацијом две или више супстанци, и имају боље особине од основних састојака. Ово се може илустровати фибергласом, синтетички добијеним композитом, који се обично користи за израду бродских трупова, штапова за пецање, лукова, стрела и друге спортске опреме. a Фиберглас се прави тако што се фина влакна стакла стављају у течну или желатинасту пластичну матрицу (звану полимер). Кад полимер отврдне, то јест згусне, крајњи производ је композит који је лак, јак и савитљив. Мењањем врсте влакана и матрице добија се изузетно широк спектар производа. Свакако, композити које човек прави још увек су примитивни у поређењу са онима који се природно налазе у човеку, животињама и биљкама.

Уместо влакана стакла или угљеника, код људи и животиња један влакнасти протеин, назван колаген, формира основу композита који кожи, цревима, хрскавици, тетивама, костима и зубима (изузев  глеђи) дају чврстину. b Једно реферално дело описује композите засноване на колагену као „најнапредније познате конструкционе композитне материјале“.

Узмите на пример тетиве, које везују мишиће за кости. Тетиве су изванредне, не само због жилавости њихових колагенских влакана, него и због бриљантног начина на који су ова влакна испреплетена. У својој књизи Biomimicry, Џанин Бењус пише да је расплетена тетива „просто невероватна због своје вишеструке прецизности. Тетива на вашој подлактици је један испреплетени сноп ужади, попут сајли неког висећег моста. Свако поједино уже је само за себе испреплетени сноп тањих ужади. А свако од ових танких ужади састављено је од испреплетеног снопа молекула, који наравно, представљају испреплетене спиралне снопове атома. Увек изнова, математичка лепота излази на светло дана“. То је, каже она, „инжењерска бриљантност“. Да ли нас онда  изненађује кад научници кажу да су их инспирисале природне конструкције? (Упоредите с Јовом 40:10, 12.)

Као што је поменуто, композити које човек прави само су бледа имитација композита из природе. Па ипак, синтетички материјали су још увек изузетни производи. У ствари, они су уврштени међу десет најзначајнијих инжењерских подухвата у протеклих 25 година. На пример, композити чија су основа графит односно угљена влакна, довели су до нових генерација делова за авионе и васионске бродове, спортске опреме, тркачких аутомобила „Формуле 1“, јахти и лаких вештачких удова — да поменемо само неколико ствари из тог брзо растућег инвентара.

Вишенаменски, чудесни врвањ

Китови и делфини тога нису свесни, али њихово тело је цело обавијено једним чудесним ткивом — врвњем, врстом масти. „Китова маст је ваљда најфункционалнији материјал који познајемо“, каже књига Biomimetics: Design and Processing of Materials. У објашњењу ова књига наводи да је врвањ чудесно средство за плутање које китовима помаже да изроне кад им понестане ваздуха. Уз то, он овим топлокрвним сисарима пружа одличну изолацију од хладноће океана. И, врвањ је најбоља могућа резерва хране у време сеоба, када преваљују хиљаде километара не једући ништа. Заиста, узето грам за грам, маст даје два до три пута више енергије него протеини и шећер.

„Врвањ је такође врло еластичан материјал, сличан гуми“, каже се још у горе поменутој књизи. „Наша најбоља процена је да убрзање створено еластичним трзајима врвња, који се при сваком удару репа сабија и испружа, уштеди и до 20% енергије потребне за кретање током дужих периода непрекидног пливања.“

Врвањ се користи већ вековима, а тек је недавно обелодањено да је отприлике пола његове масе сачињено од сложене мреже колагенских влакана омотане око сваке животиње. Иако научници још увек покушавају да проникну у механизам ове мешавине масти и композита, верују да су пронашли још један чудесни производ који би имао много корисних примена кад би се синтетички произвео.

Осмоноги инжењерски геније

Задњих година научници такође веома пажљиво посматрају паука. Врло су заинтересовани да разумеју како он испреда своју паучину, која је такође композит. Тачно је да има пуно инсеката који праве свиласте нити, али паучина је нешто посебно. Као један од најјачих материјала на земљи, она је „материјал снова“, каже један научни писац. Паучина је толико изузетна да попис њених запањујућих особина изгледа потпуно невероватан.

Зашто научници говоре о паучини у суперлативу? Осим што је пет пута јача од челика, она је такође врло  еластична — а то је код материјала врло ретка комбинација. Паучина се, у поређењу с најеластичнијим најлоном, може за 30 посто више растегнути. А ипак, она не одскаче као трамбулина, одбацујући пауков оброк у ваздух. „Посматрано у људским размерама“, кажу новине Science News, „мрежа налик рибарској могла би да ухвати путнички авион.“

Кад бисмо могли да опонашамо паукову хемијску чаролију — а две врсте паука стварају чак седам варијација паучине — помислите шта би се све могло направити! Много бољи сигурносни појасеви, хируршки конци, вештачки лигаменти, ужад и сајле мале тежине, непробојне тканине, да поменемо само неколико могућности. Научници такође покушавају да разумеју како паук тако ефикасно испреда паучину — и то без коришћења токсичних хемикалија.

Мењачи и млазни мотори природе

Мењачи и млазни мотори одржавају данашњи свет у покрету. Јесте ли знали да нас природа и у овим стварима надмашује? Размотримо као пример мењач. Он вам омогућује да у вашем возилу мењате брзине, да бисте на најефикаснији начин искористили мотор. Мењачи у природи раде то исто, само што не повезују мотор с точковима. Уместо тога, они повезују крила с крилима! А где се могу наћи? Код најобичније муве. Мењач с три степена преноса повезан  с њеним крилима омогућује јој да мења брзине у лету!

Лигња, хоботница и наутилус, имају једну врсту млазног погона за кретање кроз воду. Научници са завишћу гледају на ове млазне системе. Зашто? Зато што су сачињени од меканих делова који се не могу сломити, и могу издржати велике дубине, а раде тихо и ефикасно. У ствари, када бежи од непријатеља, лигња избацује млаз и може да се креће брзином и до 32 километра на час, „некад чак и искочи из воде и падне на палубу неког брода“, каже књига Wild Technology.

Да, кад само на неколико тренутака размислимо о свету природе, то нас може испунити страхопоштовањем и цењењем. Природа је заиста жива загонетка која покреће питање за питањем: каква хемијска чуда пале то величанствено хладно светло свитаца и неких алги? Како разне арктичке рибе и жабе, након што су преко зиме биле потпуно замрзнуте, поново постају активне кад се раскраве? Како китови и фоке могу дуго да остану под водом без органа за дисање у води? И како могу много пута да роне до великих дубина а да при томе не добију кесонску болест? Како камелеони и сипе мењају боју да би се стопили са околином? Како колибри прелети Мексички залив с мање од три грама горива? Изгледа да би се овај попис питања могао продужити у бескрај.

Стварно, људи могу само да посматрају и да се диве. Кад проучавају природу, научници развију цењење „које се граничи са страхопоштовањем“, каже се у књизи Biomimicry.

 Иза конструкције — Конструктор!

Ванредни професор биохемије Мајкл Бихи је изјавио да је један од резултата недавних открића унутар живе ћелије „јасан, гласан, продоран повик о ’дизајну‘!“. Такође је додао да је овај резултат напора да се проучи ћелија „толико недвосмислен и толико значајан да се мора рангирати као једно од највећих достигнућа у историји науке“.

Разумљиво је да доказ о Конструктору прави проблеме онима који се држе теорије о еволуцији, јер она не може објаснити та префињена остварења у живим бићима, поготово не на ћелијском и молекуларном нивоу. „Постоје снажни разлози да верујемо да ће се Дарвиново објашњење животних механизама заувек показати као непоуздано“, каже Бихи.

У време Дарвина, за живу ћелију — основу живота — веровало се да је проста, а теорија о еволуцији била је зачета у то доба релативног незнања. Али сад је наука то превазишла. Молекуларна биологија и биомиметика су ван сваке сумње показале да је ћелија један изузетно сложен систем, крцат сјајним, савршеним конструкцијама наспрам којих начин функционисања наших најфинијих направица и машина изгледа попут пуке играрије.

Величанствене конструкције наводе нас на логичан закључак, каже Бихи, „да је један интелигентан узрочник конструисао живот“. Није ли зато разумно веровати да је тај Узрочник такође имао и неку намеру, која би укључивала и људе? Ако је тако, о каквој се намери ради? И да ли можемо сазнати нешто више о нашем Конструктору? Наредни чланак ће осмотрити та важна питања.

[Фусноте]

[Оквир на 5. страни]

Изумрла мува побољшава соларне плоче?

Док је био у једном музеју, један научник је запазио фотографије изумрле муве очуване у ћилибару, каже извештај из часописа New Scientist. Запазио је низове решетака на очима овог инсекта, и помислио да су они можда омогућавали мувиним очима да ухвате више светлости, нарочито под веома косим угловима. Заједно с другим истраживачима почео је да врши експерименте и потврдио свој предосећај.

Научници су убрзо испланирали да урежу ону исту шару решетки у стакло соларних плоча. Надају се да ће то повећати количину енергије коју соларне плоче стварају. Такође, то може елиминисати потребу за скупим системима за праћење који су сада неопходни да би се соларне плоче усмеравале ка Сунцу. Боље соларне плоче значе и мању потрошњу фосилних горива, а тиме и мање загађења — што је вредан циљ. Јасно је да нам открића попут овог помажу да схватимо да је природа прави правцати рудни коп величанствених конструкција који само чека да буде пронађен, схваћен, и, тамо где је то могуће, подражаван на корисне начине.

[Оквир на 6. страни]

Одати признање ономе коме припада

Швајцарски инжењер Џорџ де Местрал је 1957. године запазио да су мали, досадни чичци који су му се качили за одело били препуни мајушних кукица. Проучио је њих и њихове кукице, и ускоро се покренуо његов креативни ум. Наредних осам година је провео стварајући синтетички еквивалент чичка. Његов проналазак је брзо освојио свет и сада има сасвим одомаћен назив — чичак-трака.

Замислите како би се Местрал осећао кад би му неко рекао да нико није изумео чичак-траку, већ да се она једноставно појавила као последица низа хиљада случајних догађаја у једној радионици. Јасно је да поштење и правда захтевају да се признање ода ономе коме припада. Да би то засигурали, проналазачи региструју своје патенте. Изгледа да људи добијају признања, новчане награде, па чак и славу за своја остварења, која су врло често само слаба имитација нечега из света природе. Зар не би требало да наш Створитељ добије признање за своје савршене оригинале?

[Слика на 5. страни]

Ако се узме грам за грам, кост је јача од челика

[Извор]

Anatomie du gladiateur combattant..., Paris, 1812, Jean-Galbert Salvage

[Слика на 7. страни]

Китов врвањ обезбеђује плутање, топлотну изолацију и резерву хране

[Извор]

© Dave B. Fleetham/Visuals Unlimited

[Слика на 7. страни]

Кожа крокодила и алигатора одбија копља, стреле, па чак и метке

[Слика на 7. страни]

Паучина је пет пута јача од челика, а ипак веома еластична

[Слика на 8. страни]

Мозак детлића је заштићен врло збијеном кошћу која делује попут амортизера

[Слика на 8. страни]

Камелеони мењају боју да би се стопили са околином

[Слика на 8. страни]

Наутилус поседује нарочите коморе које му омогућавају да регулише своје плутање

[Слика на 9. страни]

Црвеногрли колибри превали пут од 1 000 километара при чему потроши мање од три грама горива

[Слика на 9. страни]

Лигња користи један облик млазног погона

[Слика на 9. страни]

Хемијска чуда пале то величанствено хладно светло свитаца

[Извор]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited