کپی کاری فناوری از طبیعت و مثال هایی شگفت انگیز! (+عکس)

موبنا؛ محمدمهدی حیدرپور – الهام گرفتن از طبیعت برای حل مشکلات انسان ایده ای محسوب می شود که به شکل گیری “علم تقلید حیاتی” (Biomimetics) منجر شده است. با گذشت زمان، روند تکامل به پیشرفت هایی باورنکردنی منجر شده که از فتوسنتز در گیاهان تا چشم انسان را در بر می گیرد. در همین راستا، دانشمندان فناوری هایی را توسعه داده اند که با الهام و تقلید از برخی نوآوری های منحصر به فرد در طبیعت شکل گرفته اند. در ادامه این مطلب برخی از آنها را معرفی می کنیم.

پوست کوسه

کوسه ها، شکارچیان پنهان‌کار اعماق آب ها هستند. پوست کوسه ها دارای فلس هایی براق از جنس ماده سخت “دنتین” است که شبیه دندانه هایی ریز به نظر می رسند. این دندانه ها اصطکاک بدن کوسه با آب را کاهش داده و به شنای سریعتر حیوان کمک می کنند. همچنین، ویژگی پوست کوسه از حضور بارناکل ها(بارناکل یا کشتی‌چسب نام گروهی از جانوران بندپا از فرو رده مژه‌پایان است که به زیر شاخه سخت پوستان، رده آرواره‌پایان تعلق دارد.) و دیگر موجودات زنده که “رسوب زیستی” را موجب می شوند، جلوگیری می کند. دانشمندان آلمانی پوست مصنوعی کوسه را از سیلیکون الاستیک تولید کرده که رسوب زیستی را در آزمایش ها تا ۶۷ درصد کاهش داده است. نیروی دریایی ارتش آمریکا نیز در زمینه تولید محصولی مشابه سرمایه گذاری کرده است.

پیوند پوست

تکنیکی جدید در پیوند پوست – جراحی پیوند برای درمان زخم ها و یا سوختگی ها – با الهام از یک کرم انگل شکل گرفته است. کرم خاردار Pomphorhynchus laevispierces با استفاده از تیغی خارمانند در روده میزبان خود نفوذ کرده و سپس سر کاکتوس مانندش را برای تغذیه در بافت میزبان محکم می کند.

به طور مشابه، پیوند پوست چسبنده شامل یک وصله از سوزن های بسیار کوچک می شود که سر آنها هنگام تماس با آب برجسته شده و بافت پیوندی را در جای خود نگه می دارد. به گفته دانشمندان این ماده سه برابر قوی‌تر از بخیه ها و چسب های جراحی است.

اختراع چسب نر و ماده برزنتی (ولکرو)

چسب نر و ماده برزنتی (ولکرو) امروزه در هر چیزی از لباس فضانورادان تا کفش کودکان کاربرد دارد. این چسب با الهام از روش چسبیدن دانه ها و میوه های خاردار گیاهان به موی سگ ها اختراع شد. در سال ۱۹۴۱، “جورج دو مسترال”، مهندس سوئیسی، دانه های خاردار را زیر میکروسکوپ مشاهده کرده و متوجه شد دارای صدها قلاب ریز هستند که می توانند در حلقه های مو و یا لباس گیر کنند. وی ماده ای را بر اساس این کشف توسعه داده و آن را چسب نر و ماده برزنتی یا ولکرو نامید.

درخشندگی بال پروانه

نمایشگرهای رنگی برای کتابخوان های الکترونیکی با الهام از منبعی غیر معمول و نامحتمل توسط دانشمندان تولید شده اند: بال های پروانه. شرکت کوالکام تکنولوژیز نخستین مدل اولیه کتابخوان الکترونیکی تمام رنگی را بر اساس نوع درخشش بال های پروانه در نور توسعه داده است. این نمایشگر که به نام “میراسول” شناخته می شود از طریق بازتابش نور به جای انتقال نور از پشت نمایشگر – همان گونه که در نمایشگرهای LCD صورت می گیرد – کار می کند. این نوع جدید نمایشگر قابلیت خواندن در نور شدید آفتاب را فراهم کرده و از عمر باتری بالایی نیز سود می برد.

سوسک تشنه

سوسک های کوچک بیابان نامیب (کشور نامیبیا، جنوب غربی آفریقا) روشی هوشمندانه برای بقا در این زیستگاه خشک و خشن را یافته اند. این جانداران با تغلیظ مه به قطرات آب، جمع آوری آب روی برآمدگی های پشت خود و رفع تشنگی را امکان پذیر کرده اند.

پژوهشگران دانشگاه MIT (آمریکا) با الهام از این روش ماده ای از شیشه و پلاستیک و پر از برآمدگی تولید کرده اند که پشت سوسک های بیابان نامیب را تقلید می کند. این ماده می تواند برای جمع آوری آب و مایعات دیگر استفاده شود. مقام های رسمی ارتش آمریکا فکر می کنند این ماده می تواند حتی برای پاکسازی نشت های سمی به کار گرفته شود.

چسبیدن مارمولکی

مارمولک می توانند روی دیوارها و سقف راه برود زیرا پاهای آنها شامل توده های متراکمی از برآمدگی ها می شود که هر یک از آنها نازک‌تر از موی انسان هستند. با الهام از چگونگی چسبیدن و رهاسازی پای مارمولک از روی یک سطح، چسب جدیدی شامل میلیون ها الیاف پلاستیکی ساخته شده است. از جمله کاربردهای آن می توان به تجهیزات کوهنوردی و دستگاه های پزشکی اشاره کرد.

قدرتمند همچون تار عنکبوت

حتی خارج از داستان های علمی تخیلی، تار عنکبوت به عنوان یکی از قدرتمندترین مواد طبیعت شناخته می شود. تار ابریشمی عنکبوت از نظر وزن پنج برابر قوی‌تر از فولاد است. ابریشم، چسبنده و بسیار سبک وزن است. در شرایطی که تار عنکبوت شکارهای آن را به دام می اندازد اما خود این حیوان به راحتی روی تارها حرکت می کند.

دانشمندان محصول پزشکی را با تقلید از این ویژگی تولید کرده اند. چسب انعطاف پذیر تولید شده بر این اساس می تواند بدون آسیب رساندن به بافت زیرین از زخم جدا شود. این ماده چسبنده می تواند برای اتصال لوله ها و حسگرها به پوست ظریف نوزادان و یا افراد مسن به کار گرفته شود. برای تولید این چسب پژوهشگران یک فیلم سیلیکونی را در مواد محافظ به کار گرفته و از لیزر برای ایجاد الگوی شبکه ای روی سیلیکون استفاده کرده اند. این شبکه همانند تار عنکبوت بخشی از قسمت های ماده را چسبنده و قسمت های دیگر را غیر چسبنده می کند.

کرم خاکی = ماشین آلات حفر تونل (TBM)

ماشین آلات حفر تونل (TBM) یک کپی مکانیکی از کرم های خاکی محسوب می شوند. همانند کرم خاکی، ماشین آلات حفر تونل برای خوردن خاک و خروج آن از سمت دیگر دستگاه طراحی شده است. چه کرم خاکی و چه ماشین حفر تونل به طور مداوم در زیر خاک رو به جلو حرکت کرده و تونلی پشت سر خود به جا می گذارند.

ماهی جعبه ای = خودرو بیونیک

در دنیای طراحی خودرو، آیرودینامیک، ایمنی، میزان فضای داخلی و دوستدار محیط زیست بودن از جمله موارد کلیدی به شمار می روند. در جستجوی روشی برای تولید خودرو که تمامی این موارد را شامل شود، مهندسان مرسدس بنز ماهی جعبه ای را مد نظر قرار دادند. تکامل ماهی جعبه ای از نظر شکل و رفتار، آن را به جانداری کارآمد در آب مبدل کرده است. خودرو بیونیک که حاصل چنین تجربه ای است به واسطه ساختار سبک وزن و آیرودینامیک فوق العاده خود مورد تحسین قرار گرفت.

نهنگ گوژپشت = تیغه توربین پیشرفته

وزن نهنگ گوژپشت می تواند به ۴۵ تن نیز بالغ شود اما با چنین وزنی می تواند به خوبی در آب شنا کند. بخشی از این شنای کارآمد مدیون برآمدگی های روی باله های کناری این حیوان است. با الهام از این برآمدگی ها، مهندسان اقدام به طراحی تیغه های توربین بادی و بالگرد کرده و دریافتند از این طریق می توانند تولید نیرو را افزایش داده و به طور همزمان کشش و سر و صدا را کاهش دهند.

حباب صابون = استادیوم واتر کیوب پکن

طراحی منحصر به فرد استادیوم شنا واتر کیوب (Watercube) در شهر پکن، چین با الهام از حباب های صابون معمولی صورت گرفته است. این طراحی و شکل استادیوم برای پخش نور بسیار کارآمد، پایدار و عالی عمل می کند.

کرم شب تاب = LED قدرتمند

کرم های شب تاب جانداران بسیار کوچکی هستند اما نور قدرتمندی از خود منتشر می کنند. راز این نور قدرتمند در آناتومی بدن آنها نهفته است. فلس های دندانه دار روی شکم کرم شب تاب به تقویت نور کمک می کنند. دانشمندان از این ویژگی در ساخت چراغ LED استفاده کرده و به افزایش ۵۵ درصدی روشنایی دست یافته اند.

مرغ ماهیخوار = قطار بولت

طراحی قطارهای بولت اولیه دارای یک اثر جانبی دردسرساز بود: هر زمان که قطار از یک تونل خارج می شد صدایی بسیار بلند ایجاد شده و مسافران اغلب فشار قابل توجهی را احساس می کردند. “ایجی ناکاتسو”، مهندس و دوستدار پرندگان، متوجه شد طراحی دماغه قطار نیازمند اصلاح بوده تا هوا را هر چه بهتر بشکافد. نوک چاقومانند مرغ ماهیخوار که به وی اجازه شیرجه در آب از ارتفاع بدون ایجاد موج قابل توجه را می دهد مورد توجه ناکاتسو قرار گرفت. در حال حاضر، قطارهای بولت دارای دماغه هایی بلند و منقار مانند هستند که اجازه خروج کم سر و صداتر از تونل ها را می دهند.

چشم لابستر = تفنگ پرتو اکس

لابسترها در کف اقیانوس زندگی می کنند و برای سهولت حرکت در آب های کدر به یک نوع کره چشم پرتو اکس مجهز شده اند. با کپی برداری از این ویژگی منحصر به فرد، دانشمندان یک دستگاه تصویربرداری پرتو اکس دستی ساخته اند که می تواند آن سوی دیواری فولادی به ضخامت سه اینچ را نمایان کند.

پنجه گربه = پونز محافظ دار

گربه ها دارای پنجه هایی مخفی شونده هستند. “توشی فوکویا”، طراح ژاپنی، با الهام از این توانایی پونزهای محافظ دار را تولید کرده است. این پونزها از یک پوشش سیلیکونی شفاف سود می برند.

صدف حلزون = خانه خود خنک شونده

حلزون ها خانه خود را روی پشتشان حمل می کنند . حتی در بیابان، صدف حلزون می تواند این حیوان را مرطوب و خنک نگه دارد. “الناز امیری”، “حسام عندلیب”، “رزا عطارد” و “محمد امین محمدی” دانشجویان دانشگاه هنر اصفهان با الهام از صدف حلزون خانه ای خود خنک شونده طراحی کرده اند که می تواند از ساکنان خود در مناطق گرم بدون صرف مقدار زیاد انرژی محافظت کند.

خرطوم فیل = بازوی رباتیک

فیل می تواند خرطوم خود را در هر جهتی حرکت داده تا به آن چه می خواهد حتی یک بادام زمینی کوچک دسترسی داشته باشد. مهندسان مرکز فستو با الهام از خرطوم فیل بازویی رباتیک طراحی کرده اند که قابلیت تغییر اندازه با فشار هوا را داشته و در نوک آن چهار انگشت به کار گرفته شده اند که زبردستی شگفت انگیزی به این بازو می بخشند.