Kai gamta tampa geriausiu inžinieriumi
Pagalvok apie tai – gamta turėjo apie 3,8 milijardo metų, kad išspręstų visas įmanomas inžinerines problemas. Nuo to, kaip vandens lašas nusirita nuo loto lapų, iki to, kaip termitai stato savo piliakalnius be jokio oro kondicionavimo – gamta jau seniai rado atsakymus į klausimus, kuriuos mes tik dabar pradedame užduoti. Ir čia atsiranda biomimetika – mokslas, kuris tiesiog sako: „Ei, kodėl gi nepasiskolinus idėjų iš geriausio dizainerio visatoje?”
Jei manai, kad tai kažkoks ezoterikas dalykas, skirtas tik moksliniams žurnalams – klysti. Gamtos inžinerija šiuo metu keičia tai, kaip mes kuriame pastatus, drabužius, transporto priemones ir net internetą. Ir svarbiausia – tai yra sritis, kurioje jaunas, smalsus žmogus gali padaryti tikrą skirtumą.
Biomimetika – kas tai iš tikrųjų?
Žodis „biomimetika” skamba sudėtingai, bet koncepcija yra labai paprasta. Bio – gyvybė, mimetika – mėgdžiojimas. Tai mokslas, kuris tiria gamtos sprendimus ir juos pritaiko žmogaus technologijoms. Janine Benyus, viena iš šios srities pionierių, 1997 metais išleido knygą „Biomimicry: Innovation Inspired by Nature”, kuri iš esmės pakeitė tai, kaip inžinieriai ir dizaineriai žiūri į gamtą.
Tačiau svarbu suprasti – tai nėra vien tik kopijavimas. Tai yra principų supratimas ir jų adaptavimas. Pvz., lėktuvas neskrenda kaip paukštis – jis nekraipo sparnų. Bet aerodinaminiai principai, kuriuos mes išmokome stebėdami paukščius, yra fundamentaliai svarbūs aviacijai. Skirtumas tarp kopijavimo ir įkvėpimo – štai kur slypi tikroji biomimetikos esmė.
Šiandien biomimetika naudojama:
- Architektūroje ir statybose
- Medžiagų moksle
- Robotikoje
- Medicinoje ir farmakologijoje
- Transporto sistemose
- Energetikoje
- Informacinėse technologijose
Ir tai tik pradžia. Mokslininkai teigia, kad mes dar tik braižome paviršių to, ką galima išmokti iš gamtos.
Konkretūs pavyzdžiai, kurie tikrai nustebins
Gerai, teorija – gerai. Bet leisk papasakoti apie kelis konkrečius atvejus, kurie parodys, kad tai ne tik gražios kalbos.
Velcro ir varnalėšos. Tai turbūt klasikiausias biomimetikos pavyzdys. 1941 metais šveicarų inžinierius Georges de Mestral po pasivaikščiojimo pastebėjo, kad varnalėšų sėklos įstrigo jo šuns kailiuke. Užuot susierzinęs, jis pasiėmė mikroskopą ir pažiūrėjo, kaip tai veikia. Pamatė mažyčius kabliukus, kurie įsikimba į kilpas. Rezultatas? Velcro – viena iš labiausiai paplitusių tvirtinimo sistemų pasaulyje. NASA ją naudoja, chirurgai ją naudoja, tavo sportiniai bateliai turbūt irgi.
Šinkanseno traukinys ir drebulys. Japonijos greitasis traukinys Shinkansen turėjo problemą – išlekiant iš tunelių, jis sukeldavo triukšmingą oro smūgio bangą. Inžinierius Eiji Nakatsu, kuris buvo ir paukščių stebėtojas, pastebėjo, kad drebulio snapas yra tobulai aerodinamiškas – paukštis gali nardyti iš oro į vandenį beveik nesukeldamas purslų. Jis perdizainavo traukinio priekį pagal drebulio snapo formą. Rezultatas? Traukinys tapo 10% greitesnis, sunaudoja 15% mažiau energijos ir nekelia triukšmo.
Loto efektas. Loto augalo lapai yra savaiminio apsivalymo stebuklas. Jų paviršius yra padengtas mikroskopiniais kauburėliais, kurie neleidžia vandeniui ir purvui prikibti. Mokslininkai šį principą pritaikė ir sukūrė drabužius, dažus bei stogų dengimo medžiagas, kurios pačios apsivalo. Jei matei reklamą apie „lotus effect” tekstilę – štai iš kur ji atsirado.
Termitų piliakalnis ir pastato ventiliacija. Zimbabvėje stovi „Eastgate Centre” – didelis prekybos centras, kuris beveik nenaudoja oro kondicionavimo. Architektas Mick Pearce suprojektavo jį pagal termitų piliakalnių principą. Termitai stato sudėtingas ventiliacijos sistemas, kurios palaiko pastovią temperatūrą, nepaisant to, kad lauke gali būti tiek karštis, tiek šaltis. Pastatas sutaupo apie 90% energijos, palyginti su tradiciniais pastatais.
Kodėl tai aktualu būtent tau?
Čia norisi kalbėti atvirai. Jūsų karta – tai karta, kuri paveldės klimato krizę, išteklių trūkumą ir technologinę revoliuciją vienu metu. Tai skamba niūriai, bet yra ir kita pusė – jūs taip pat paveldėsite įrankius, kurių ankstesnės kartos neturėjo.
Biomimetika yra viena iš tų sričių, kur jaunas žmogus gali tikrai prisidėti. Kodėl? Nes ji reikalauja kūrybiško mąstymo, tarpdalykinio požiūrio ir noro matyti ryšius ten, kur kiti jų nemato. Tai nėra sritis, kur 30 metų patirtis automatiškai reiškia pranašumą. Čia svarbu smalsumas, gebėjimas klausti „o kas, jei?” ir noras eksperimentuoti.
Be to, gamtos inžinerija dažnai siūlo tvaresnius sprendimus. Gamta neišranda atliekų – vieno organizmo atliekos yra kito maistas. Tai cirkuliarinės ekonomikos principas, kurio pramonė tik dabar bando išmokti. Jei tau rūpi aplinka – ir turėtų rūpėti – biomimetika yra vienas iš kelių, kaip galima derinti technologijų pažangą su atsakomybe prieš planetą.
Praktiškai tai reiškia, kad studijuodamas biologiją, chemiją, fiziką, inžineriją ar net meną – tu jau turi pagrindą, ant kurio galima statyti. Biomimetika yra iš esmės tarpdalykinė, todėl nėra „netinkamo” išsilavinimo – yra tik skirtingi kampai, iš kurių galima žiūrėti į tą pačią problemą.
Kaip pradėti – praktiniai žingsniai
Gerai, tarkime, kad ši tema tave sudomino. Ką daryti toliau? Čia yra keletas konkrečių rekomendacijų, kurios tikrai veikia:
1. Pradėk nuo stebėjimo. Tai skamba paprastai, bet yra fundamentalu. Kiekvieną dieną pabandyk pastebėti kažką gamtoje ir paklausti – kodėl tai veikia taip, o ne kitaip? Kodėl lapas yra tokios formos? Kodėl žuvies žvynai yra išdėstyti būtent taip? Stebėjimas yra biomimetikos pagrindas.
2. Naudok AskNature.org. Tai yra Biomimicry Institute sukurta duomenų bazė, kur galima ieškoti gamtos sprendimų pagal inžinerines problemas. Pvz., įvedi „water collection” ir gauni dešimtis pavyzdžių, kaip skirtingi organizmai renka vandenį. Tai puikus įrankis projektams ir tyrimams.
3. Dalyvaukite biomimetikos konkursuose. „Biomimicry Global Design Challenge” yra kasmetinis konkursas, kuriame jaunimas iš viso pasaulio siūlo gamtos įkvėptus sprendimus realaus pasaulio problemoms. Tai puiki galimybė ne tik išmokti, bet ir gauti pripažinimą.
4. Skaityk ir žiūrėk. Janine Benyus knyga „Biomimicry” yra puiki pradžia. TED Talks platforma turi dešimtis puikių paskaitų šia tema. YouTube kanalas „Deep Look” rodo gamtos reiškinius mikroskopiniu lygiu – ir tai gali suteikti idėjų, kurių nerastum jokioje vadovėlyje.
5. Eksperimentuok. Nereikia laboratorijos. Galima pradėti nuo paprastų eksperimentų namuose – ištirti, kaip vanduo nusirita nuo skirtingų paviršių, kaip skirtingos struktūros reaguoja į spaudimą, kaip šviesa lūžta per skirtingus objektus. Smalsumas ir eksperimentavimas yra svarbiausi įrankiai.
6. Jungtis į bendruomenes. Lietuvoje veikia jaunimo mokslo klubai, maker’ių erdvės ir inovacijų centrai. Tarptautiniu lygiu – „Biomimicry 3.8” organizacija turi resursų ir bendruomenę, prie kurios galima prisijungti. Vienas žmogus gali turėti idėją, bet komanda gali ją įgyvendinti.
Ateities technologijos, kurios jau čia
Jei manai, kad biomimetika yra tik apie tai, kas jau buvo padaryta – pažvelk į tai, kas kuriama dabar. Tai tikrai įdomu.
Voratinkliai ir naujoji medžiagų revoliucija. Voro šilkas yra penkis kartus stipresnis už plieną to paties svorio atžvilgiu ir kartu yra elastingas. Mokslininkai jau metus bando sukurti sintetinį voratinklį. Kompanija „Bolt Threads” sukūrė „Microsilk” – sintetinį voratinklį, pagamintą fermentacijos būdu. Jis jau naudojamas aukštosios mados pramonėje ir artimiausiu metu gali pakeisti plastikinius kompozitus aviacijoje ir medicinoje.
Odos šarvai pagal žuvies principą. MIT mokslininkai ištyrė arapaimos žuvies žvynus – ši žuvis gyvena Amazonėje ir turi natūralią apsaugą nuo piranijų. Žvynai yra sudaryti iš kelių sluoksnių, kurių kiekvienas turi skirtingą struktūrą – tai leidžia absorbuoti smūgius be lūžimo. Šiuo principu kuriami nauji šarvai kariuomenei ir apsauginė įranga sportininkams.
Šikšnosparnių sonaras ir autonominiai automobiliai. Šikšnosparniai naudoja echolokaciją – jie siunčia garso bangas ir pagal atspindžius orientuojasi tamsoje. Šis principas naudojamas kuriant geresnius sensorius autonominiams automobiliams, ypač tokiose situacijose, kai kameros ir lazeriai neveikia efektyviai (pvz., rūke ar lietuje).
Medūzų bioluminescencija ir medicinos diagnostika. Kai kurios medūzos gamina šviesą cheminių reakcijų pagalba. Šis principas naudojamas kuriant naujus diagnostikos įrankius medicinoje – fluorescenciniai žymekliai, pagaminti pagal bioluminescencijos principą, leidžia gydytojams matyti vėžio ląsteles tiksliau nei bet kada anksčiau.
Lapų fotosintezė ir saulės energija. Dirbtinė fotosintezė yra vienas iš karščiausių tyrimų laukų energetikoje. Mokslininkai bando sukurti sistemas, kurios, kaip ir augalų lapai, galėtų paversti saulės šviesą ir vandenį energija – tik daug efektyviau nei dabartiniai saulės kolektoriai. Jei tai pavyks – tai gali iš esmės pakeisti energetikos pramonę.
Gamta kaip mokytojas – kai mokykla baigiasi lauke
Yra kažkas giliai prasmingo tame, kad mes, po šimtmečių bandymų nugalėti gamtą ir ją pajungti savo poreikiams, dabar grįžtame ir sakome – gal geriau išmokti iš jos? Tai nėra romantiškas grįžimas į praeitį. Tai yra brandus supratimas, kad evoliucija yra geriausia inžinerijos mokykla, kokia tik egzistuoja.
Gamta per milijardus metų išbandė nesuskaičiuojamą kiekį sprendimų. Tie, kurie neveikė – išnyko. Tie, kurie veikė – išliko ir tobulėjo. Tai yra pats efektyviausias testavimo procesas, kokį galima įsivaizduoti. Ir mes turime prieigą prie visų tų sprendimų – tereikia žiūrėti atidžiau.
Jei esi jaunas žmogus, kuris ieško krypties, kuri būtų ir prasminga, ir perspektyvi, ir įdomi – gamtos inžinerija yra vieta, kur verta pažvelgti. Čia nereikia rinktis tarp mokslo ir kūrybos, tarp technologijų ir aplinkosaugos, tarp teorijos ir praktikos. Biomimetika yra visa tai vienu metu.
Ir gal svarbiausia – tai sritis, kuri primena, kad geriausios idėjos dažnai ateina ne iš laboratorijų ar konferencijų salių, bet iš paprastos pasivaikščiojimo po mišką ir klausimo: „Hmm, o kaip tai veikia?” Tas klausimas pakeitė pasaulį daugiau kartų, nei galime suskaičiuoti. Ir jis gali tai padaryti dar kartą – tik šį kartą gal per tave.
