עולמות בעלי החיים והצומח העניקו השראה למדענים במשך עידנים, ומדענים התעניינו זה מכבר מדוע אורגניזמים מסוימים עמידים בפני השפעה. חשבו על גולגולת ונקר של נקר, אופן הגנה של קשקשי הדג חופפים, או על הגליבה העבה ששומרת על פרי נופל להיפתח.
תוכן קשור
- המכוניות החלקות והסקסיות האלה קיבלו השראה מדגים
- כמה ביו-מימימיה מעוררת השראה לחדשנות אנושית
סופרסטאר אחד בתחום זה הוא מעטפת הקונכייה של המלכה, מהסוג שאולי החזקת לאוזן כדי לשמוע את האוקיאנוס. קונכיית המלכה מקבלת מכות על ידי גלים וטורפים, אך מבנה החומר המרכיב את קליפתו חזק להפליא. הדבר נובע ממבנה הקליפה, הכולל שכבות סידן פחמתי קרוססטיות חצויות, המונחות בכיוונים שונים ומופרדים על ידי חלבונים רכים יותר, מסביר פרופסור ההנדסה ב- MIT, מרקוס בוהלר, אשר במעבדתו תכנן העתק מעשה ידי אדם של מבנה זה שיכול להיות השתמשו בקסדות ובשריון מגן אחרים ופרסמו את התוצאות בכתב העת Advanced Materials . גם בקונכייה וגם בגרסה מעשה ידי האדם, "גרגר" החומר מתחלף ב 90 מעלות, כך שסביר להניח שפגיעה מכל כיוון מסוים לא תעבור את דרכה.
"לא רק שנוכל לנתח מערכות אלה ולתכנן אותן ולנסות לייעל אותן, אלא אנו יכולים למעשה ליצור חומרים חדשים אמיתיים בעזרת הגיאומטריות הללו", אומר בוהלר.
מדענים עיצבו את מבנה הקליפה לפני כן, אך ההתקדמות בהדפסת תלת מימד הובילה לכך שהצוות של בוהלר הצליח לשחזר אותו. החידוש הקריטי היה מכבש (הזרבובית שהחומר זורם) המסוגל לפלוט פולימרים מרובים אך קשורים, כזה שהוא מאוד נוקשה ואחד שהוא גמיש יותר, לשכפל את שכבות הסידן קרבונט והחלבון של הקליפה. מכיוון שהפולימרים דומים, הם יכולים להיות קשורים זה לזה ללא דבק, מה שהופך אותם פחות סבירים להתפרק. בבדיקות - שנערכו על ידי ירידת משקולות פלדה של 5.6 קילוגרם במהירויות שונות על יריעות החומר - המבנה הצלבני הראה עלייה של 85 אחוז באנרגיה שהוא יכול לספוג, לעומת אותו חומר בלעדיו.
זה אולי נראה פשוט לעצב דברים על בסיס טבע, אבל יש עוד הרבה מה לשקול מאשר רק להעתיק אובייקט ישירות, מציין פרופסור להנדסת מכונות באוניברסיטת אינדיאנה-פורדו אוניברסיטת אינדיאנפוליס אנדראס טובאר. טובר, שלא היה קשור למחקר ה- MIT, עובד גם על מבני מגן בהשראת ביו, כמו תכנון רכב מבוסס על טיפת מים ומוגן על ידי מבנה הדומה לכלוב צלעות.
המבנה המולקולרי של מעטפת הקונכיה עשוי לשמש היום לייצור קסדות חזקות יותר או שריון גוף. (Wikimedia Commons) "יש שתי דרכים לעשות עיצוב בהשראת ביו, " הוא אומר. "אחת היא דרך התבוננות במבנה בטבע ואז לנסות לחקות את המבנה הזה. הגישה השנייה היא באמצעות חיקוי התהליך שהטבע עושה ליצירת מבנה. "לדוגמה, טובר פיתח אלגוריתם כדי לחקות את התהליכים הסלולריים הבונים עצמות אנושיות, דוגמא לגישה השנייה. לעומת זאת, בוהלר התחיל עם החומר הגדול יותר, או במבנה בגובה האיברים, של קונכיית המלכה המלכה ושאל כיצד ליצור מחדש את המבנה הזה בעזרת חומרים מעשה ידי אדם.
עבודתו של טובר וגם של בוהלר כוללת הבחנה באילו חלקים במבנה הם הכלי לתפקודו, ומה השרידים ללחצים אבולוציוניים שונים. שלא כמו אורגניזם חי, קסדה בהשראת ביו, למשל, אינה צריכה לכלול פונקציות ביולוגיות כמו נשימה וצמיחה.
"קטע מפתח אחד הוא ש [המעבדה של בוהלר] משכפלת את המורכבות ההיררכית שנמצאת בטבע, אומר טובר. "הם מסוגלים לייצר בשיטות ייצור תוספות. הם בוחנים, והם רואים את הגידול המרשים הזה בביצועים המכניים. "
אף על פי שבוהלר קיבל מימון ממשרד ההגנה, המעוניין בקסדות ובשריון גוף לחיילים, הוא אומר שזה ממש מתאים, ואולי גם שימושי יותר, בספורט, כמו קסדות אופניים או כדורגל. "אפשר לייעל אותם, הם יכולים לחרוג מדרישות העיצוב הנוכחיות, שהן די פשטניות - יש לך מעט קצף, יש לך מעטפת קשה, וזה פחות או יותר, " הוא אומר.
עדיין אין קסדה, אומר בוהלר - הם בנו את החומר, ומתכננים להחיל אותו על קסדות בהמשך. והעיצוב חשוב, גם מעבר לחומר. "אפילו אם איננו משתמשים בחומרים הנוקשים והרכים שהשתמשנו כאן, אלה שהדפסנו בתלת ממד, אם אתה עושה את אותו הדבר עם חומרים אחרים - אתה יכול להשתמש בפלדה ובטון, או בסוגים אחרים של פולימרים, אולי קרמיקה - על ידי ביצוע אותו הדבר, הכוונה לאותם מבנים, אתה יכול לשפר אפילו את המאפיינים שלהם, מעבר למה שהם יכולים לעשות בעצמם, "הוא אומר.
