自然から着想を得た発明

バイオミメティクスの科学は現在、開発の初期段階にあります。 バイオミメティクス 人類が直面している問題を解決するために、自然からさまざまなアイデアを検索して借用し、それらを使用することです。 自然がその問題を解決する独創性、異常性、非の打ちどころのない正確さ、資源の節約は、これらの驚くべきプロセス、物質、構造をある程度コピーしたいという欲求を喜ばせ、引き起こすことはできません。 バイオミメティクスという用語は、1958 年にアメリカの科学者ジャック E. スティールによって造られました。 そして、「バイオニクス」という言葉は、シリーズ「70万ドルの男」と「バイオティックウーマン」がテレビに登場した前世紀のXNUMX年代に一般的に使用されるようになりました. Tim McGee は、バイオメトリクスをバイオインスパイアード モデリングと直接混同すべきではないと警告しています。なぜなら、バイオミメティクスとは異なり、バイオインスパイアード モデリングはリソースの経済的な使用を強調していないからです。 以下は、バイオミメティクスの成果の例であり、これらの違いが最も顕著です。 高分子生物医学材料を作成するとき、ホロチュリアンシェル（ナマコ）の動作原理が使用されました。 ナマコには独特の特徴があります。体の外皮を形成するコラーゲンの硬さを変えることができます. ナマコは危険を察知すると、貝殻で引き裂かれる様に皮膚の硬直を繰り返します。 逆に、狭い隙間に押し込む必要がある場合、皮膚の要素の間が非常に弱くなり、実質的に液体のゼリーに変わる可能性があります。 Case Western Reserve の科学者グループは、同様の特性を持つセルロース繊維を基にした材料を作成することに成功しました。この材料は、水の存在下でプラスチックになり、蒸発すると再び固化します。 科学者たちは、そのような材料が、特にパーキンソン病で使用される脳内電極の製造に最も適していると考えています。 脳に埋め込まれた場合、そのような材料で作られた電極はプラスチックになり、脳組織を損傷しません. 米国のパッケージ会社 Ecovative Design は、断熱材、パッケージング、家具、コンピューター ケースに使用できる再生可能で生分解性の素材のグループを作成しました。 McGee は、この素材で作られたおもちゃをすでに持っています。 これらの材料の製造には、米、ソバ、綿の殻が使用され、その上で菌Pleurotus ostreatus（ヒラタケ）が栽培されます。 ヒラタケの細胞と過酸化水素を含む混合物を特別な型に入れ、暗所に保管して、キノコの菌糸体の影響下で製品を硬化させます。 その後乾燥させることでカビの発生を抑え、使用中のアレルギーを防ぎます。 Angela Belcher と彼女のチームは、改変された M13 バクテリオファージ ウイルスを使用する novub バッテリーを作成しました。 金やコバルト酸化物などの無機物に付着することができます。 ウイルスの自己組織化の結果、かなり長いナノワイヤーが得られます。 Bletcher のグループは、これらのナノワイヤーの多くを組み立てることができ、非常に強力で非常にコンパクトなバッテリーの基礎を作り上げました。 2009 年、科学者たちは、遺伝子組み換えウイルスを使用してリチウムイオン電池のアノードとカソードを作成できる可能性を実証しました。 オーストラリアは、最新の Biolytix 廃水処理システムを開発しました。 このフィルターシステムは、下水や食品廃棄物を灌漑に使用できる質の高い水に非常に迅速に変えることができます. Biolytix システムでは、ミミズと土壌生物がすべての作業を行います。 Biolytix システムを使用すると、エネルギー消費が約 90% 削減され、従来の洗浄システムよりも約 10 倍効率的に機能します。 オーストラリアの若き建築家 Thomas Herzig は、インフレータブル アーキテクチャには大きな可能性があると考えています。 彼の意見では、インフレータブル構造は、軽量で材料消費が最小限であるため、従来の構造よりもはるかに効率的です。 その理由は、引張力が柔軟な膜にのみ作用し、圧縮力が別の弾性媒体、つまりどこにでも存在し、完全に自由な空気によって対抗されるという事実にあります。 この効果のおかげで、自然は何百万年もの間、同様の構造を使用してきました。すべての生物は細胞で構成されています。 PVC製のニューモセルモジュールから建築構造を組み立てるというアイデアは、生物学的細胞構造の構築の原則に基づいています。 トーマス・ヘルツォークが特許を取得したセルは、非常に低コストであり、ほぼ無制限の数の組み合わせを作成できます。 この場合、XNUMXつまたは複数のニューモセルが損傷しても、構造全体が破壊されることはありません。 Calera Corporation が使用する動作原理は、天然セメントの生成を大部分模倣しています。これは、サンゴが一生の間に海水からカルシウムとマグネシウムを抽出して、通常の温度と圧力で炭酸塩を合成するために使用します。 カレラセメントの製造では、まず二酸化炭素が炭酸に変換され、そこから炭酸塩が得られます。 この方法では、XNUMXトンのセメントを生産するのに、ほぼ同量の二酸化炭素を固定する必要がある、とマギーは言う。 従来の方法でのセメントの生産は二酸化炭素汚染につながりますが、この革新的な技術は逆に環境から二酸化炭素を取り除きます。 環境に優しい新しい合成素材を開発するアメリカの会社 Novomer は、二酸化炭素と一酸化炭素を主原料とするプラスチックを製造する技術を開発しました。 温室効果ガスやその他の有毒ガスの大気への放出は、現代世界の主な問題の XNUMX つであるため、McGee 氏はこの技術の価値を強調しています。 Novomer のプラスチック技術では、新しいポリマーとプラスチックは最大 50% の二酸化炭素と一酸化炭素を含むことができ、これらの材料の製造に必要なエネルギーは大幅に少なくなります。 このような生産は、かなりの量の温室効果ガスを結合するのに役立ち、これらの材料自体が生分解性になります。 食虫植物ハエトリグサの捕獲葉に昆虫が触れるとすぐに、葉の形が変化し始め、昆虫は死の罠に陥ります。 Alfred Crosby とアマースト大学 (マサチューセッツ州) の彼の同僚は、圧力、温度のわずかな変化、または電流の影響下で、同様の方法で反応できるポリマー材料を作成することに成功しました。 この材料の表面は、空気で満たされた微細なレンズで覆われており、圧力、温度の変化、または電流の影響により、曲率を非常に迅速に変化させることができます (凸面または凹面になります)。 これらのマイクロレンズのサイズは、50 µm から 500 µm までさまざまです。 レンズ自体が小さく、レンズ間の距離が小さいほど、素材が外部の変化に反応する速度が速くなります。 McGee 氏は、この素材が特別な理由は、マイクロテクノロジーとナノテクノロジーの交差点で作られていることだと言います。 ムール貝は、他の多くの二枚貝と同様に、特別な頑丈なタンパク質フィラメント、いわゆる足糸の助けを借りて、さまざまな表面にしっかりと付着することができます. byssal 腺の外側の保護層は、用途が広く、非常に耐久性があり、同時に信じられないほど伸縮性のある素材です。 カリフォルニア大学のハーバート・ウェイト教授（有機化学）は、長い間ムール貝を研究しており、ムール貝が生成する物質と非常によく似た構造を持つ物質を再現することに成功しました。 McGee は、Herbert Waite がまったく新しい研究分野を開拓したこと、そして彼の研究が、ホルムアルデヒドやその他の毒性の高い物質を使用せずに木製パネルの表面を処理するための PureBond 技術を作成する別の科学者グループをすでに支援していると述べています。 サメの皮は完全にユニークな特性を持っています – バクテリアは繁殖せず、同時に殺菌潤滑剤で覆われていません. 言い換えれば、皮膚はバクテリアを殺すのではなく、単にそこに存在しない. その秘密は、鮫皮の最も小さな鱗が生み出す特殊な模様にあります。 これらのうろこが互いに接続して、特別な菱形のパターンを形成します。 このパターンはシャークレット保護抗菌フィルムに再現されています。 McGee は、この技術の応用は本当に無限であると信じています。 実際に、病院や公共の場所での物体の表面に細菌を増殖させないようなテクスチャーを適用すると、80% の細菌を取り除くことができます。 この場合、細菌は破壊されないため、抗生物質の場合のように耐性を獲得できません。 Sharklet テクノロジーは、有毒物質を使用せずに細菌の増殖を抑制する世界初のテクノロジーです。 bigpikture.ruによると