כמה ביו-מימימיה מעוררת השראה לחדשנות אנושית

הדבר הראשון שאתה שם לב למחלקת אוספי האנטומולוגיה, חטיבת לפידופטרה, במוזיאון הטבע ההיסטורי של סמיתסוניאן הוא ריח קלוש ומוכר חמקמק. כדורי עש. תיארתי בקצרה את האירוניה הקוסמית של כדורי עש בחדר מלא עש (ופרפרים, שושלת של עש התפתחה לעוף במהלך היום) לפני שפניתי לבוב רובינס, אנטומולוג מחקר. "ישנם חרקים רבים אשר יאכלו חרקים מיובשים, " אמר, "באופן מסורתי שמרת את המזיקים האלה באמצעות נפטלין, או כדורי עש."

מהסיפור הזה

[×] סגור

וידאו: איך כנפי הפרפר מעוררות חדשנות

תוכן קשור

• חומר זה בהשראת קונכייה-מעטפת עלול להפוך קסדות ושריון גוף לבטוחים יותר
• עיצוב מטוסים בהשראת הטבע ומופעל על ידי טק
• מדענים יוצרים רובוט דמוי תולעת שיכול להגיע לאורך האדמה
• כאשר בעלי חיים נותנים השראה להמצאות
• איך הטבע הופך אותנו לחכמים יותר

כדורי העש הושלכו (בעד הקפאת דגימות חדשות להרוג כל מזיקים), אך הריח המתמשך, כמו גם מגירות החרקים האינסופיות שהוצמדו תחת זכוכית והוקמו בזהירות בשורה אחר שורה של ארונות פלדה לדורותיהם הטקסונומיים, רק מגביר את תחושת הגיל בתא המהוס. נראה שהזמן עומד במנוחה כמו מיליוני הדגימות.

אבל נקבוב דרך המגירות האלו, דרך טייסות הברגה המרובות במדויק וברי שקיעה, ורעיון אחר מתחיל להיווצר: אין מדובר במאגר רדום, אלא במעבדה שחוקרת מפעל מצליח במיוחד. במשך כ -150 מיליון שנה, "מוצרים" אלה עברו אב-טיפוס ללא רחם, נבדקו בשוק, שודרגו, שופצו ובאופן אחר-כך נעשו חדשים ומשופרים ככל שהעולם סביבם השתנה. כל אחת מהדגימות השבריריות הללו היא חבילה של חדשנות הממתינה להבנה ולהתאמה.

זה הרעיון העומד מאחורי המשמעת ההולכת ומשפיעה של הביומימיקה: שלאנחנו בני האדם שניסינו לעשות דברים רק כהרף עין אבולוציונית, יש הרבה מה ללמוד מהתהליכים הארוכים של הברירה הטבעית, האם זה איך הפוך כנף לאווירודינמית יותר או עיר עמידה יותר או תצוגה אלקטרונית תוססת יותר. לפני למעלה מעשור, דרגת MIT בשם מרק מיילס התכרבלה בתחום של מיקרו-אלקטרומכניקה ועיבוד חומרים. בזמן שדפדף במגזין מדע, הוא נעצר על ידי מאמר שפרפרים מייצרים צבע בכנפיהם. הכחול הססגוני המבריק של מיני המורפו השונים, למשל, לא נובע מפיגמנט, אלא מ"צבע מבני ". הכנפיים הללו מכילות מכלול ננומטרי של לוחות רעפים, שצורתם ומרחקם זה מזה מסודרים בתבנית מדויקת המשבשת אורכי גל אור רפלקטיבי לייצור הכחול המבריק. כדי ליצור אותו כחול מפיגמנט ידרוש הרבה יותר אנרגיה - אנרגיה המשמשת טוב יותר לעוף, האכלה ורבייה.

מיילס תהה אם ניתן לנצל יכולת זו בדרך כלשהי. איפה עוד יתכן ותרצי צבע עז להפליא באריזה דקה? כמובן: בתצוגה של מכשירים אלקטרוניים. קוואלקום, שרכשה את החברה שמיילס הקימה כדי לפתח את הטכנולוגיה, השתמשה בה בתצוגה של Mirasol. "אנו מנצלים את תופעות ההפרעה האופטית, " אומר בריאן גאלי, מנהל בכיר לניהול מוצרים בקוואלקום. אורב מתחת למשטח הזכוכית נמצא מערך עצום של מודולטורים אינטרפרומטריים, בעיקרם מראות מיקרוסקופיות (10 עד 50 מיקרון מרובע) הנעות למעלה ולמטה, במיקרו-שניות, כדי ליצור את הצבע הנכון.

כמו כנפי הפרפר, "התצוגה לוקחת את האור הסביבה הלבן סביבנו, אור לבן או אור שמש, ובאמצעות הפרעה הולכת להחזיר לנו תמונה צבעונית", אומר גלי. בניגוד למסכי LCD רגילים, ה- Mirasol לא צריך לייצר אור משלו. "בהירות התצוגה משתנה אוטומטית באור הסביבה." כתוצאה מכך, ה- Mirasol צורכת עשירית מהעוצמה של קורא LCD. קוואלקום השתמשה בתצוגה בקורא אלקטרוני ומציעה לה רישיון לחברות אחרות.

אף על פי שביו-מימימיה העניקה השראה לחידושים אנושיים במשך עשרות שנים - אחת הדוגמאות המצוינות לעיתים קרובות היא סקוטש, שהמהנדס השוויצרי ז'ורז 'דה מסטרל רשם פטנט בשנת 1955 לאחר שלמד כיצד בורים דבוקים בבגדיו - טכנולוגיה טובה יותר ומחקר ניואנס יותר אפשרו התאמות מורכבות יותר ויותר. . תוכנת עיצוב שנוצרה על ידי החוקר הגרמני קלאוס מת'ק - ומשמשת במכוניות אופל ומרצדס - משקפת את האופן בו עצים ועצמות מפיצות כוח ועומסים. מניפה שנוצרה על ידי פאקס סיינטיפיק לווה מתבניות של אצות, סיבובי ים וקליפות כדי להזיז אוויר בצורה יעילה יותר. חממה שהושקה במי מלח במדבר הקטארי תשתמש בתעלולי עיבוי ואידוי שאספו מאף הגמל. כעת, בין השאר הודות לחידושים המתמשכים בייצור ננומטרי, היצרנים מביאים למגוון המוצרים המתרחב לשוק.

ביו-מימיקיה אינה מוצר עצמו, אלא תהליך, שמונע על אורגניזמים ותהליכים טבעיים על מנת להצית חדשנות. ארגונים ואפילו ערים יכולים לחפש השראה למערכות אקולוגיות, אומר טים מקגי, ביולוג וחבר ב- Biomimicry 3.8, יעוץ מבוסס מונטנה. בלבאסה - שתוארה כ"עיר הגבעה המתוכננת הראשונה בהודו "על ידי היזמים שלה, המקווים לבנות בה בתים ליותר מ -300, 000 איש - התייעצה הגילדה עם אדריכלי הנוף. לפיכך, אסטרטגיית השתילה כללה עצים נשירים, היוו חופה לתפוס ואז השתקפה, באמצעות אידוי, כמעט שליש מגשם המונסון הפוגע בה. השפעה זו פועלת "כמו מנוע המניע את המונסון ליבשה", אומר מקגי, המסייע במניעת בצורת שם. הצורה היעילה ההידרודינמית של עלי עץ בניאן השפיעה על העיצוב של רעף גג טוב יותר המפיץ מים, בעוד שמערכות הסבת המים נוצרו בהשראת הדרכים בהן נמלים מקצרות מכוונות מים הרחק מקן. "העיירה" הראשונה של לבסה הושלמה, וארבעה נוספים צפויים להימשך עד 2020.

כולם מדברים על דרכים להפחית את טביעת הרגל האנושית, או להגיע להשפעה של "אפס נטו". אך הטבע, אומר מקגי, בדרך כלל הולך צעד אחד קדימה: "זה כמעט אף פעם לא נטו אפס - התפוקה ממערכת זו מועילה בדרך כלל לכל מה שמסביב." מה אם היינו יכולים לבנות את הערים שלנו באותה דרך? "מה אם בניו יורק, כשירד גשם, המים שנכנסו לנהר המזרח היו נקיים יותר מאשר כשנפלו?" ומה אם, כאשר יערות יצאו באש, ניתן היה לכבות את הלהבות באמצעים שלא היו תלויים על חומרים רעילים? "הטבע יוצר מעכבי בעירה שאינם רעילים", מציין מקגי. "למה אנחנו לא יכולים?"

במשך שנים התמקדו החוקרים בכימיה של מעכבי בעירה, ללא תוצאות. אבל אולי תהליכים טבעיים יכולים להציע דרך לחדשנות במעבדה, אומר מקגי. אולי זו הדרך בה נראים קונוסים של ג'ק אורן אל מול החום (כדי לאפשר רבייה אפילו כשהאש הורסת את היער), או האופן בו עצי אקליפטוס משילים פיסות קליפות בוערות במהירות כדי לשאוב חמצן ולהוציא אש מהעיקרית חדק. ג'יימה גרונלן, מהנדס מכונות בחברת Texas A&M, פיתח בד עמיד בפני אש העושה שימוש בציטוסאן, חומר מתחדש שנלקח מפגזי לובסטר ושרימפס (וקרוב משפחה כימי של הכיטין בכנפי הפרפרים), ליצירת ציפוי פולימרים ננו-שכבתי שכאשר הוא חשוף לחום, מייצר "פגז" פחמן המגן על הבד.

Lepidoptera מגלם כמה מהבעיות שהושמעו על ספסל העבודה בטבע במשך אלפי שנים רבות. בשיחה האבולוציונית והתגובה בין טרף לטורף, עשים רבים פיתחו את היכולת לאתר את קליקי האולטרסאונד של עטלפים, וחלקם אף יכולים לשלוח סימני מוניטור מבלבלים. כנפי הפרפר נוטות להיות שחורות קרובות יותר לגופן, כדי לסייע בלכידת החום. הכנפיים האלה מכוסות בציפוי העמיד בפני זיהום - הם מנקים את עצמם. "עיניים" נוי על הכנפיים האלה, שנועדו להפחיד טורפים, ממוקמות לרוב בסמוך לקצה כדי למזער את נזקי הכנפיים אם הפרפר ננשך.

ואז יש את הצבע - מה אנחנו חושבים עליו כשאנחנו חושבים על פרפרים. "אנשים מכנים אותם מעופפים פרחים", אומר רובינס. בעוד חלקם משתמשים בצבע לצורך הסוואה, המינים החיים ביותר עוברים בדרך השנייה ומפרסמים את רעילותם לטורפים שיהיו בתצוגה ראוותנית. הסופר דייוויד קוומן מכנה אותם בשם "הבימבו של עולם הטבע", "ניסוי אבולוציוני בעודף דקורטיבי מוחלט". בסך הכל, כותב קוומן, פרפרים "מייצגים אידיאל של מתיקות וחן עדין שנראה כמעט תמים מכל האבולוציה חסרת הרחמים חסרת הרחמים "לכולם." ויש שפע של השראה שמחכה לטיסה בכנפי הגוסמר ההם.

חוקרים מאוניברסיטת ג'ייאו טונג בשנגחאי, בהשראת פרפרי ציפור ציפורים - האזור השחור בכנפיהם מאפשר ספיגת אור כמעט מוחלטת, ללכוד חום - יוצרים סרט פחמן אמורפי סופר-שחור דומה למבנה שיעזור ליצור טכנולוגיה סולארית יעילה יותר. פרויקט בשם NOtES, שצמח מתוך מחקר באוניברסיטת סיימון פרייזר בקולומביה הבריטית, משתמש במבנים שמפריעים לאור ננומטרי כדי ליצור חותמת נגד זיוף שקשה יותר לפצח מאשר הולוגרמה וניתן "להדפיס" לא רק על הגדה הערות, אך על מגוון שלם של אובייקטים אחרים. תגי זיהוי תדרים רדיו (RFID) המשמשים לכל דבר, החל ממעקב אחר מלאי ועד לחישת ביצועי הצמיגים של האדם, נוטים לא לעבוד טוב בסביבות קיצוניות, במיוחד במקום שיש מים או מתכת. וכך חברה בשם Omni-ID התאימה את עקרון ההפרעה ליצירת RFID אמין יותר, תוך שימוש במאזני מתכת זעירים בתגיות כדי לשפר את העברת האותות הרדיו שלהם.

בהתחשב בעובדה שהמורפו פורש צבע כדי למשוך תשומת לב, נראה כי מתאים שהפרפר גם העניק השראה לאופנה אנושית. דונה סגר, מעצבת אופנה בסידני, אוסטרליה, ותוארה "עצמית מזדמנת מדי פעם", יצרה שלוש שמלות מבד שנקרא מורפוטקס, חומר כחול נטול פיגמנט וססגוני שואב את צבעו מהפרעה אופטית. סגר אומרת כי למרות שמורפוטקס מבטלת את הצורך בצבעים (ובכך פוטנציאלית טביעת רגל סביבתית קטנה יותר), העניין שלה היה מעבר ל"גישת העיצוב הרגילה של סוג פתרונות הבעיה "שביומימיסטים נוטים לבצע. אופנה, אחרי הכל, היא יותר מאשר הצורך הבסיסי בבגדים. כיצד יכולה הדרך בה הטבע משתמש באסתטיקה ליידע את האופן בו אנו עושים? סגר לומד כעת לתואר שלישי בביומימיקה ואופנה במכון המלכותי לאופנה במלבורן.

רובינס ואני עזבנו את מרכז האוספים של מוזיאון ההיסטוריה הטבעית והלכנו לביתן הפרפרים הסמוך, וזה היה כמו פסטיבל אהבה מצועצע. אישה הזוויתה את הסמארטפון שלה לצלם מונרך הניזון מפרח. תיירת יפנית הזעקה כאשר פריטילרי המפרץ נחתה על תיק הכתפיים שלה. ילד צווח כשפלידות של מורפו נפפו באטיות את כנפיו הכחולות הססגוניות. לא קל לדמיין את הסצינה הזו שמתרחשת עם חרק אחר; בצדק או שלא, אנחנו לא מבקרים בביתני זרעים או נמלים.

שאלתי על פנייתם ​​המוזרה של חרקים אלה. "הם לא עוקצים, לא נושכים, " אמר. "אנשים שאנשים רואים הם בדרך כלל יפים. חלקם מזיקים לחקלאות, אבל הם חבר'ה די ידידותיים והם גיהנום הרבה יותר מרוב החרקים האחרים. "אם רק, חשבתי, אנשים יכולים כעת לדעת כמה שימושי כל היופי הזה יכול להיות.