Učiti od konstrukcija u prirodi

„Mnoge od naših najboljih pronalazaka kopirali smo od drugih živih stvorenja, ili ih ona već koriste“ (Fil Gejts, Wild Technology).

KAO što je već pomenuto u prethodnom članku, biomimetika kao nauka ima za cilj da proizvede složenije materijale i mašine putem podražavanja prirode. Svoje produkte priroda izrađuje ne stvarajući zagađenje, i oni su uglavnom otporni i laki, a ipak neverovatno jaki.

Na primer, ako se uzme gram za gram, kost je jača od čelika. U čemu je tajna? Deo odgovora je u njenom dobro osmišljenom obliku, ali glavni razlog leži dublje — na molekularnom nivou. „Za uspešnost živih organizama zaslužna je konstrukcija i sastav njihovih najsićušnijih komponenti“, objašnjava Gejts. Nakon što su dobro promotrili te najsićušnije komponente, naučnici su izolovali supstance koje prirodnim materijalima, od kostiju pa do svile, pružaju tu zavidnu jačinu i malu težinu. Te supstance, koje su otkrili, predstavljaju različite oblike prirodnih kompozita.

Čudo od kompozita

Kompoziti su čvrsti materijali nastali kombinacijom dve ili više supstanci, i imaju bolje osobine od osnovnih sastojaka. Ovo se može ilustrovati fiberglasom, sintetički dobijenim kompozitom, koji se obično koristi za izradu brodskih trupova, štapova za pecanje, lukova, strela i druge sportske opreme. a Fiberglas se pravi tako što se fina vlakna stakla stavljaju u tečnu ili želatinastu plastičnu matricu (zvanu polimer). Kad polimer otvrdne, to jest zgusne, krajnji proizvod je kompozit koji je lak, jak i savitljiv. Menjanjem vrste vlakana i matrice dobija se izuzetno širok spektar proizvoda. Svakako, kompoziti koje čovek pravi još uvek su primitivni u poređenju sa onima koji se prirodno nalaze u čoveku, životinjama i biljkama.

Umesto vlakana stakla ili ugljenika, kod ljudi i životinja jedan vlaknasti protein, nazvan kolagen, formira osnovu kompozita koji koži, crevima, hrskavici, tetivama, kostima i zubima (izuzev  gleđi) daju čvrstinu. b Jedno referalno delo opisuje kompozite zasnovane na kolagenu kao „najnaprednije poznate konstrukcione kompozitne materijale“.

Uzmite na primer tetive, koje vezuju mišiće za kosti. Tetive su izvanredne, ne samo zbog žilavosti njihovih kolagenskih vlakana, nego i zbog briljantnog načina na koji su ova vlakna isprepletena. U svojoj knjizi Biomimicry, Džanin Benjus piše da je raspletena tetiva „prosto neverovatna zbog svoje višestruke preciznosti. Tetiva na vašoj podlaktici je jedan isprepleteni snop užadi, poput sajli nekog visećeg mosta. Svako pojedino uže je samo za sebe isprepleteni snop tanjih užadi. A svako od ovih tankih užadi sastavljeno je od isprepletenog snopa molekula, koji naravno, predstavljaju isprepletene spiralne snopove atoma. Uvek iznova, matematička lepota izlazi na svetlo dana“. To je, kaže ona, „inženjerska briljantnost“. Da li nas onda  iznenađuje kad naučnici kažu da su ih inspirisale prirodne konstrukcije? (Uporedite s Jovom 40:10, 12.)

Kao što je pomenuto, kompoziti koje čovek pravi samo su bleda imitacija kompozita iz prirode. Pa ipak, sintetički materijali su još uvek izuzetni proizvodi. U stvari, oni su uvršteni među deset najznačajnijih inženjerskih poduhvata u proteklih 25 godina. Na primer, kompoziti čija su osnova grafit odnosno ugljena vlakna, doveli su do novih generacija delova za avione i vasionske brodove, sportske opreme, trkačkih automobila „Formule 1“, jahti i lakih veštačkih udova — da pomenemo samo nekoliko stvari iz tog brzo rastućeg inventara.

Višenamenski, čudesni vrvanj

Kitovi i delfini toga nisu svesni, ali njihovo telo je celo obavijeno jednim čudesnim tkivom — vrvnjem, vrstom masti. „Kitova mast je valjda najfunkcionalniji materijal koji poznajemo“, kaže knjiga Biomimetics: Design and Processing of Materials. U objašnjenju ova knjiga navodi da je vrvanj čudesno sredstvo za plutanje koje kitovima pomaže da izrone kad im ponestane vazduha. Uz to, on ovim toplokrvnim sisarima pruža odličnu izolaciju od hladnoće okeana. I, vrvanj je najbolja moguća rezerva hrane u vreme seoba, kada prevaljuju hiljade kilometara ne jedući ništa. Zaista, uzeto gram za gram, mast daje dva do tri puta više energije nego proteini i šećer.

„Vrvanj je takođe vrlo elastičan materijal, sličan gumi“, kaže se još u gore pomenutoj knjizi. „Naša najbolja procena je da ubrzanje stvoreno elastičnim trzajima vrvnja, koji se pri svakom udaru repa sabija i ispruža, uštedi i do 20% energije potrebne za kretanje tokom dužih perioda neprekidnog plivanja.“

Vrvanj se koristi već vekovima, a tek je nedavno obelodanjeno da je otprilike pola njegove mase sačinjeno od složene mreže kolagenskih vlakana omotane oko svake životinje. Iako naučnici još uvek pokušavaju da proniknu u mehanizam ove mešavine masti i kompozita, veruju da su pronašli još jedan čudesni proizvod koji bi imao mnogo korisnih primena kad bi se sintetički proizveo.

Osmonogi inženjerski genije

Zadnjih godina naučnici takođe veoma pažljivo posmatraju pauka. Vrlo su zainteresovani da razumeju kako on ispreda svoju paučinu, koja je takođe kompozit. Tačno je da ima puno insekata koji prave svilaste niti, ali paučina je nešto posebno. Kao jedan od najjačih materijala na zemlji, ona je „materijal snova“, kaže jedan naučni pisac. Paučina je toliko izuzetna da popis njenih zapanjujućih osobina izgleda potpuno neverovatan.

Zašto naučnici govore o paučini u superlativu? Osim što je pet puta jača od čelika, ona je takođe vrlo  elastična — a to je kod materijala vrlo retka kombinacija. Paučina se, u poređenju s najelastičnijim najlonom, može za 30 posto više rastegnuti. A ipak, ona ne odskače kao trambulina, odbacujući paukov obrok u vazduh. „Posmatrano u ljudskim razmerama“, kažu novine Science News, „mreža nalik ribarskoj mogla bi da uhvati putnički avion.“

Kad bismo mogli da oponašamo paukovu hemijsku čaroliju — a dve vrste pauka stvaraju čak sedam varijacija paučine — pomislite šta bi se sve moglo napraviti! Mnogo bolji sigurnosni pojasevi, hirurški konci, veštački ligamenti, užad i sajle male težine, neprobojne tkanine, da pomenemo samo nekoliko mogućnosti. Naučnici takođe pokušavaju da razumeju kako pauk tako efikasno ispreda paučinu — i to bez korišćenja toksičnih hemikalija.

Menjači i mlazni motori prirode

Menjači i mlazni motori održavaju današnji svet u pokretu. Jeste li znali da nas priroda i u ovim stvarima nadmašuje? Razmotrimo kao primer menjač. On vam omogućuje da u vašem vozilu menjate brzine, da biste na najefikasniji način iskoristili motor. Menjači u prirodi rade to isto, samo što ne povezuju motor s točkovima. Umesto toga, oni povezuju krila s krilima! A gde se mogu naći? Kod najobičnije muve. Menjač s tri stepena prenosa povezan  s njenim krilima omogućuje joj da menja brzine u letu!

Lignja, hobotnica i nautilus, imaju jednu vrstu mlaznog pogona za kretanje kroz vodu. Naučnici sa zavišću gledaju na ove mlazne sisteme. Zašto? Zato što su sačinjeni od mekanih delova koji se ne mogu slomiti, i mogu izdržati velike dubine, a rade tiho i efikasno. U stvari, kada beži od neprijatelja, lignja izbacuje mlaz i može da se kreće brzinom i do 32 kilometra na čas, „nekad čak i iskoči iz vode i padne na palubu nekog broda“, kaže knjiga Wild Technology.

Da, kad samo na nekoliko trenutaka razmislimo o svetu prirode, to nas može ispuniti strahopoštovanjem i cenjenjem. Priroda je zaista živa zagonetka koja pokreće pitanje za pitanjem: kakva hemijska čuda pale to veličanstveno hladno svetlo svitaca i nekih algi? Kako razne arktičke ribe i žabe, nakon što su preko zime bile potpuno zamrznute, ponovo postaju aktivne kad se raskrave? Kako kitovi i foke mogu dugo da ostanu pod vodom bez organa za disanje u vodi? I kako mogu mnogo puta da rone do velikih dubina a da pri tome ne dobiju kesonsku bolest? Kako kameleoni i sipe menjaju boju da bi se stopili sa okolinom? Kako kolibri preleti Meksički zaliv s manje od tri grama goriva? Izgleda da bi se ovaj popis pitanja mogao produžiti u beskraj.

Stvarno, ljudi mogu samo da posmatraju i da se dive. Kad proučavaju prirodu, naučnici razviju cenjenje „koje se graniči sa strahopoštovanjem“, kaže se u knjizi Biomimicry.

 Iza konstrukcije — Konstruktor!

Vanredni profesor biohemije Majkl Bihi je izjavio da je jedan od rezultata nedavnih otkrića unutar žive ćelije „jasan, glasan, prodoran povik o ’dizajnu‘!“. Takođe je dodao da je ovaj rezultat napora da se prouči ćelija „toliko nedvosmislen i toliko značajan da se mora rangirati kao jedno od najvećih dostignuća u istoriji nauke“.

Razumljivo je da dokaz o Konstruktoru pravi probleme onima koji se drže teorije o evoluciji, jer ona ne može objasniti ta prefinjena ostvarenja u živim bićima, pogotovo ne na ćelijskom i molekularnom nivou. „Postoje snažni razlozi da verujemo da će se Darvinovo objašnjenje životnih mehanizama zauvek pokazati kao nepouzdano“, kaže Bihi.

U vreme Darvina, za živu ćeliju — osnovu života — verovalo se da je prosta, a teorija o evoluciji bila je začeta u to doba relativnog neznanja. Ali sad je nauka to prevazišla. Molekularna biologija i biomimetika su van svake sumnje pokazale da je ćelija jedan izuzetno složen sistem, krcat sjajnim, savršenim konstrukcijama naspram kojih način funkcionisanja naših najfinijih napravica i mašina izgleda poput puke igrarije.

Veličanstvene konstrukcije navode nas na logičan zaključak, kaže Bihi, „da je jedan inteligentan uzročnik konstruisao život“. Nije li zato razumno verovati da je taj Uzročnik takođe imao i neku nameru, koja bi uključivala i ljude? Ako je tako, o kakvoj se nameri radi? I da li možemo saznati nešto više o našem Konstruktoru? Naredni članak će osmotriti ta važna pitanja.

[Fusnote]

[Okvir na 5. strani]

Izumrla muva poboljšava solarne ploče?

Dok je bio u jednom muzeju, jedan naučnik je zapazio fotografije izumrle muve očuvane u ćilibaru, kaže izveštaj iz časopisa New Scientist. Zapazio je nizove rešetaka na očima ovog insekta, i pomislio da su oni možda omogućavali muvinim očima da uhvate više svetlosti, naročito pod veoma kosim uglovima. Zajedno s drugim istraživačima počeo je da vrši eksperimente i potvrdio svoj predosećaj.

Naučnici su ubrzo isplanirali da urežu onu istu šaru rešetki u staklo solarnih ploča. Nadaju se da će to povećati količinu energije koju solarne ploče stvaraju. Takođe, to može eliminisati potrebu za skupim sistemima za praćenje koji su sada neophodni da bi se solarne ploče usmeravale ka Suncu. Bolje solarne ploče znače i manju potrošnju fosilnih goriva, a time i manje zagađenja — što je vredan cilj. Jasno je da nam otkrića poput ovog pomažu da shvatimo da je priroda pravi pravcati rudni kop veličanstvenih konstrukcija koji samo čeka da bude pronađen, shvaćen, i, tamo gde je to moguće, podražavan na korisne načine.

[Okvir na 6. strani]

Odati priznanje onome kome pripada

Švajcarski inženjer Džordž de Mestral je 1957. godine zapazio da su mali, dosadni čičci koji su mu se kačili za odelo bili prepuni majušnih kukica. Proučio je njih i njihove kukice, i uskoro se pokrenuo njegov kreativni um. Narednih osam godina je proveo stvarajući sintetički ekvivalent čička. Njegov pronalazak je brzo osvojio svet i sada ima sasvim odomaćen naziv — čičak-traka.

Zamislite kako bi se Mestral osećao kad bi mu neko rekao da niko nije izumeo čičak-traku, već da se ona jednostavno pojavila kao posledica niza hiljada slučajnih događaja u jednoj radionici. Jasno je da poštenje i pravda zahtevaju da se priznanje oda onome kome pripada. Da bi to zasigurali, pronalazači registruju svoje patente. Izgleda da ljudi dobijaju priznanja, novčane nagrade, pa čak i slavu za svoja ostvarenja, koja su vrlo često samo slaba imitacija nečega iz sveta prirode. Zar ne bi trebalo da naš Stvoritelj dobije priznanje za svoje savršene originale?

[Slika na 5. strani]

Ako se uzme gram za gram, kost je jača od čelika

[Izvor]

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

[Slika na 7. strani]

Kitov vrvanj obezbeđuje plutanje, toplotnu izolaciju i rezervu hrane

[Izvor]

© Dave B. Fleetham/Visuals Unlimited

[Slika na 7. strani]

Koža krokodila i aligatora odbija koplja, strele, pa čak i metke

[Slika na 7. strani]

Paučina je pet puta jača od čelika, a ipak veoma elastična

[Slika na 8. strani]

Mozak detlića je zaštićen vrlo zbijenom košću koja deluje poput amortizera

[Slika na 8. strani]

Kameleoni menjaju boju da bi se stopili sa okolinom

[Slika na 8. strani]

Nautilus poseduje naročite komore koje mu omogućavaju da reguliše svoje plutanje

[Slika na 9. strani]

Crvenogrli kolibri prevali put od 1 000 kilometara pri čemu potroši manje od tri grama goriva

[Slika na 9. strani]

Lignja koristi jedan oblik mlaznog pogona

[Slika na 9. strani]

Hemijska čuda pale to veličanstveno hladno svetlo svitaca

[Izvor]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited