3,8 miljardus gadu laikā, izmantojot ierobežotus līdzekļus, īpašā laboratorijā eksperimentāli tikuši izstrādāti 30 miljoni veiksmīgu risinājumu. Viss, kas mūsdienu zinātniekam jāspēj, ir paņemt gatavu risinājumu no šīs laboratorijas, saprast, kā tas strādā, un pielietot aktuālo problēmu atšķetināšanā. Šī laboratorija ir mūsu planēta Zeme, un tās veiksmīgie eksperimenti ir mums visapkārt – rāpo, lido, elpo, dzīvo, aug, attīstās, nepārtraukti mainās un pielāgojas.
Pēc gadu simtiem ilgiem mēģinājumiem kaut ko jaunu izgudrot zinātnieki visbeidzot ir nonākuši pie atziņas, ka viss, ko var izdomāt, jau sen eksistē – dabā. Arvien vairāk uzmanības tiek veltīts dabā pastāvošo mehānismu izpētei un apzinātai to izmantošanai problēmu risinājumiem, kas ir ilgtspējīgi un videi draudzīgi.
Imitē dabu
Lai gan cilvēki ir smēlušies iedvesmu dabā jau izsenis un ir zināmi arī senāki biomīmikrijas risinājumu piemēri, pirmo reizi biomīmikriju kā zinātni un tās īpašo nozīmi citu zinātņu vidū 1997. gadā aprakstījusi Dženīna Benjasa (Janine Benyus) grāmatā «Biomimicry: Innovation Inspired by Nature» («Biomīmikrija: dabas iedvesmotas inovācijas»), kur viņa dod arī savu šās zinātnes nozares definīciju: «Biomīmikrija ir jauna zinātņu nozare, kas pēta dabas realizētos procesus un struktūras un imitē tās, lai rastu ilgtspējīgus risinājumus cilvēku problēmām.»
Biomīmikrijai ir daudz kopīga ar citām biozinātnēm, kuras smeļas iedvesmu dabā, piemēram, bioniku, biomimētiku, bioinženieriju. Biomīmikrijas īpašā atšķirība ir tā, ka tās mērķis ir ilgtspējīgi risinājumi. Tā nenodarbojas ar jau gatavu biomehānismu izmantošanu (kā tas notiek, piemēram, bioloģiskajās ūdens attīrīšanas iekārtās, kur tiek izmantotas baktērijas), bet gan tiecas radīt principiāli jaunus mehānismus, iedvesmojoties no dabas. Piemēram, pēc insekta acs uzbūves mehānisma parauga tiek radīts pārklājuma materiāls, ko var izmantot saules bateriju paneļiem, kas ļauj maksimāli absorbēt saules enerģiju, vai arī datoru un mobilo tālruņu bezatspīduma ekrāniem. Var teikt, ka biomīmikrija ir solis uz priekšu cilvēka mēģinājumos izmantot dabas procesus savā labā, darot to arvien zinošāk un radošāk.
Biomīmikrijas piemēri
Lai ilustrētu, ar ko īsti nodarbojas Dženīna Benjasa no Biomīmikrijas institūta, evolūcijas biologs Edrjū Pārkers no Londonas Dabas vēstures muzeja, ķīmijas inženieri Maikls Rubners un Roberts Koens no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta, elektronikas inženieris Ronalds Fīrings no Bērklijas Universitātes, robotikas eksperts Marks Kutkoskijs no Stenfordas Universitātes un citi biomīmikrijas pionieri, tabulā ir apkopoti daži no daudzajiem jau realizētajiem vai vēl attīstības stadijās esošiem biomīmikrijas projektiem.
Lotosa lapas pašattīrās
Biomīmikrija ir interdisciplināra zinātne, kurā, lai sasniegtu veiksmīgu rezultātu, piedalās visdažādāko jomu zinātnieki un inženieri: biologi, botāniķi, zoologi, antropologi, fiziķi, elektronikas un robotikas speciālisti, materiālu zinātnes pētnieki un militāro tehnoloģiju pārzinātāji utt.
Lai saprastu, kā darbojas kāds process dabā, vienā kompleksā sistēmā ir jāapvieno zināšanas visdažādākajās jomās. Tam par piemēru kalpo 1982. gadā vācu botāniķa Vilhelma Bartlota patentētais lotosa efekts (Lotos-effect). Dabā lotosa lapas, pat apšļāktas ar dubļiem, vienmēr paliek tīras. Šī pašattīrīšanās iespējama auga lapas superhidrofobiskās struktūras dēļ, proti, ūdens lapu nesaslapina, bet veido ūdens pilītes, kas notek no lapas, nesot līdzi visas netīrumu daļiņas.
Vienkāršojot komplekso lotosa efekta sistēmu, to var attēlot kā bioloģisku un fizikālu procesu secīgu darbību (skat. att. zemāk) Šim efektam dabā ir liela nozīme augu pasargāšanā no dažādiem patogēniem, piemēram, sēnītēm vai aļģēm, kā arī no aptraipīšanās, kas samazinātu saules gaismai atklātās auga virsmas laukumu un tādējādi bremzētu fotosintēzi.
Dabas radītā lotosa lapas nanostruktūra, kas sastāv no vasku kristāliņiem, mehāniskas iedarbības rezultātā var tikt viegli sabojāta, tāpēc tehnoloģiskos risinājumos tiešā veidā tā nav pielietojama. It sevišķi, ja ir paredzama mehāniska iedarbība. Tādēļ nanotehnologi ir izpētījuši pieejamos materiālus, kuru nanodaļiņas vienlaikus nodrošinātu gan tā saukto lotosa efektu, gan būtu noturīgas pret mehānisku iedarbību, un par vispiemērotāko «Lotosan» krāsas radīšanai atzinuši titāna dioksīda nanodaļiņas.
Pirmais un visveiksmīgākais lotosa efekta pielietojums līdz šim ir pašattīroša fasādes krāsa «Lotosan», kura tika izlaista tirgū 1999. gadā. Sfēriskās titāna dioksīda nanodaļiņas tiek pievienotas silikona bāzes krāsai noteiktā koncentrācijā. Tas nodrošina ar šo krāsu pārklātās virsmas superhidrofobiskumu, kas nezūd arī mehāniskas iedarbības, piemēram, skrāpējumu, gadījumā, jo noskrāpēto nanodaļiņu vietā šīs funkcijas sāk pildīt zemākos slāņos esošās nanodaļiņas.
Eksperimentējot ar dažādām citām nanodaļiņām un nesējsubstancēm, nanotehnologi ir izgatavojuši vēl vairākus apstrādes materiālus, pārklājumus, krāsas, audumus un virsmas, kas nesamirkst un pašattīrās gluži kā lotosa lapa. Nākotnē tiek plānoti vairāki konkrēti lotosa efekta pielietojumi: Vācijas autobāņu satiksmes kontroles ierīču sensoros tiks ierīkoti pašattīroši stikliņi; «Evonik AG» ir izstrādājuši aerosolu, ko var izmantot uz dažādām virsmām, lai radītu pašattīrošu pārklājumu; lotosa efekta superhidrofobiskie pārklājumi, izmantoti uz īsviļņu antenām, būtiski samazina lietus radītos signāla traucējumus un sniega un ledus uzkrāšanos.
Pētāmais objekts dabā: Ekosistēmas dabā veiksmīgi uztur vides auglību un vairo dzīvības iespējas tajā.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Viens no jaunākajiem virzieniem lauksaimniecībā ir t. s. auglības audzēšana jeb lauksaimniecības metodes, kas nevis noplicina augsni, bet uztur un vairo tās auglīgumu.
Pētāmais objekts dabā: Mikrobu molekulas spēj no dažādām vielām izdalīt sev nepieciešamos metālus.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Kompānija «MR3», atdarinot šo molekulu darbību, iegūst tīras metālu rūdas no bīstamajiem atkritumiem, notekūdeņiem, piesārņotām ūdenstilpēm un citiem kompleksiem metālu avotiem.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Autoražotājs «Mercedez Benz» izstrādājis konceptauto dizainu, kas ļautu samazināt degvielas patēriņu.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Zinātnieki attīsta materiālus un sistēmas ūdens savākšanai, lai ūdens ieguve būtu iespējama arī sausos reģionos.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Šādu zaigojošu materiālu pieejamība ievērojami samazinātu krāsu pigmentu izmantošanas nepieciešamību tekstilindustrijā, kosmētikā un hologrammu ražošanā, tādējādi samazinātos toksisko vielu izmantošanas apjomi un būtu pieejami košāki un neizbalējoši krāsu toņi.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Zinātnieki izstrādā lidmašīnas spārnu dizainu, kas nodrošinātu labāku šā transportlīdzekļa vadāmību. Vaļa spuras izaugumu ideja kopēta arī vēja turbīnu spārnos, lai ģenerētu vairāk elektrības pie zemāka ātruma, radot mazāku troksni.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Arhitekti kopē termītu mājokļos izmantotās idejas, lai radītu ēkas, kurās nav nepieciešama apkure un gaisa kondicionēšana un maksimāli tiek izmantots dabiskais apgaismojums. Pirmā šāda ēka ir «Eastgate» iepirkšanās un ofisu centrs Zimbabves galvaspilsētā Hararē.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Medicīnā tiek ieviestas injekciju adatas, kas izgatavotas pēc oda dzeloņa parauga. Dūriena sāpes pacientiem.būšot mazākas.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Zinātnieki strādā pie jaunu supermateriālu izstrādes, kas aizstātu šobrīd izmantojamos materiālus, kuru ražošanā tiek izmantoti neatjaunojamie resursi.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Šo spēju pēta arī ASV Gaisa spēki, lai izmantotu lidmašīnās.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Ņūkāslas universitāte sadarbībā ar autokompāniju «Volvo» izstrādā sadursmes novēršanas sistēmu automašīnām.
Pielietojums cilvēka radītās sistēmās: Ir izstrādāts videi draudzīgs kaļķa nogulšņu veidošanās novēršanas produkts, kuru izmanto ūdens apgādes caurulēs.
Izmantotie avoti:
1. Benyus J. «12 sustainable design ideas from nature». February, 2005. http://www.ted.com
2. Biomimicry Institute. http://www.biomimicryinstitute.org
3. Lotus-Effect Arbeitsgruppe, Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen der Universität Bonn. http://www.lotos-effect.com
4. Mueller T. «Biomimetics: Design by Nature»; National Geographic. April, 2008. http://ngm.nationalgeographic.com