FX.co ★ Biomimikra: gdy natura wydaje patenty

Pajęcza nić i biopolimerowa stal

Pajęcza nić jest pięciokrotnie wytrzymalsza od stali o tej samej masie, a przy tym niezwykle elastyczna. Od dawna podejmowano próby odtworzenia tego materiału, aż wreszcie biotechnologia umożliwiła produkcję „syntetycznej pajęczej nici” w procesie fermentacji. Znajduje ona zastosowanie w kamizelkach kuloodpornych, niciach chirurgicznych oraz ultralekkich elementach motoryzacyjnych. Oznacza to zwrot w stronę produkcji, która nie wymaga stosowania wysokich temperatur ani generowania toksycznych odpadów. Natura dowiodła nam, że materiały przyszłości mogą powstawać w zwykłych roztworach wodnych, w temperaturze pokojowej.

Stopy gekonów i suchy super klej

Gekony potrafią biegać po sufitach dzięki milionom mikroskopijnych włosków na stopach, które wykorzystują siły van der Waalsa do przylegania do powierzchni. Naukowcy stworzyli oparte na tej zasadzie taśmy samoprzylepne, które są w stanie utrzymać ogromny ciężar, nie pozostawiając przy tym żadnych śladów, a do tego działają w próżni. Są one niezastąpione w przypadku robotów inspekcyjnych wykorzystywanych w przestrzeni kosmicznej oraz w przyszłych zastosowaniach medycznych. Nauczyliśmy się przylegać do powierzchni bez użycia substancji klejących – po prostu dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu geometrii styku na poziomie atomowym.

Zimorodek i japoński pociąg ekspresowy

Japońskie pociągi Shinkansen borykały się niegdyś z problemem głośnego huku, powstającego podczas wyjazdu z tuneli. Inżynier i zapalony ornitolog, Eiji Nakatsu, zauważył, z jaką precyzją zimorodek nurkuje w wodzie – niemal bez wzbijania jakichkolwiek kropel. Postanowił zatem zmienić kształt przedniej części pociągu, nadając mu formę przypominającą dziób tego ptaka. Rezultat przekroczył najśmielsze oczekiwania: hałas całkowicie ustąpił, opór powietrza spadł o 10%, a zużycie energii obniżyło się o 15%. Jest to doskonały przykład na to, jak hydrodynamika niewielkiego ptaka pomogła rozwiązać problem z aerodynamiką potężnej maszyny, czyniąc transport cichszym i bardziej wydajnym.

Skóra rekina jako bariera dla bakterii

Skóra rekina pokryta jest milionami drobnych, przypominających zęby łusek, zwanych „riblets”. Nie tylko zmniejszają one opór w wodzie, lecz także tworzą powierzchnię, na której bakterie fizycznie nie mogą się osiedlić. Naukowcy odtworzyli tę fakturę w materiale o nazwie Sharklet. Obecnie znajduje on zastosowanie w szpitalach – na klamkach drzwi oraz sprzęcie medycznym. Stanowi to rewolucję w dziedzinie higieny: zamiast toksycznych antybiotyków wykorzystujemy czystą fizykę struktury powierzchni. Natura nauczyła nas, że w walce o sterylność i zdrowie forma może okazać się skuteczniejsza niż chemia.

Kopce termitów i „oddychająca” architektura

Kopce termitów w Afryce utrzymują wewnątrz temperaturę około 25°C, nawet gdy na zewnątrz panuje upał rzędu +40°C. Wykorzystują one pasywny system chłodzenia, oparty na sieci połączonych ze sobą kanałów. Architekt Mick Pearce zastosował tę zasadę, projektując Eastgate Centre w Zimbabwe. Budynek ten funkcjonuje bez konwencjonalnej klimatyzacji, zużywając o około 90% mniej energii niż inne podobne obiekty. Stanowi to triumf projektowania bioklimatycznego: przekonaliśmy się, że owady są mistrzami architektury, które potrafią tworzyć komfortowe środowiska przy niemal zerowym nakładzie energii – wyłącznie dzięki odpowiedniemu zarządzaniu przepływem powietrza.

Oczy ciem i panele słoneczne

Ćmy nocne widzą dobrze przy słabym oświetleniu, ponieważ ich oczy prawie nie odbijają światła. Chroni je to przed drapieżnikami i pomaga wychwycić każdy foton. Struktura ich oczu zainspirowała inżynierów do stworzenia powłok antyrefleksyjnych dla paneli słonecznych oraz ekranów smartfonów. Dzięki temu panele mogą obecnie pochłaniać znacznie więcej energii, a wyświetlacze naszych telefonów rzadziej ulegają „wyblaknięciu” w świetle słonecznym. Od owadów zapożyczamy zdolność do bardziej efektywnego wykorzystywania energii świetlnej, przekształcając bierną obserwację w aktywne jej wytwarzanie.

Liść lotosu: sztuka zachowania czystości

Liście lotosu pozostają zawsze idealnie czyste nawet w mętnej wodzie. Sekret tkwi w „efekcie lotosu”: nanostrukturach na powierzchni, które zapobiegają przywieraniu kropli wody. Woda spływa po liściu, zabierając ze sobą wszelkie zanieczyszczenia. Na tej zasadzie opiera się działanie samoczyszczących farb i szyb. Dzięki temu budynki mogą teraz dosłownie „umyć się” podczas deszczu. Uczymy się od roślin, jak tworzyć powierzchnie niewymagające konserwacji, które przez dziesięciolecia zachowują nieskazitelny wygląd, wykorzystując do utrzymania czystości energię samej natury.