Mokykimės iš gamtos kūrinių

„Daugelį pačių didžiausių išradimų mes nukopijavome iš gyvosios gamtos“ (Filas Geitsas. Wild Technology).

KAIP jau minėjome ankstesniame straipsnyje, biomimetikos tikslas — imituojant gamtą kurti sudėtingesnes medžiagas bei mašinas. Gamta viską kuria nesukeldama taršos; be to, jos konstrukcijos stangrios, lengvos ir nepaprastai tvirtos.

Pavyzdžiui, kaulas savo tvirtumu pranoksta plieną. Kas sąlygoja šią ypatybę? Iš dalies — tobula forma, tačiau svarbiausia priežastis kita: molekulinė kaulo sandara. „Gyvųjų organizmų pranašumą lemia mažiausių jų elementų konstrukcija bei sudėstymas“, — aiškina Geitsas. Kruopščiai ištyrę tuos smulkiausius elementus, mokslininkai aptiko tam tikras medžiagas, suteikiančias natūraliems dariniams (kaului, šilkui ir kitiems) pavydėtiną stiprumą bei lengvumą. Šios jų atrastos medžiagos — įvairūs gamtiniai kompozitai.

Nepaprasti kompozitai

Kompozitai yra kietos vienalytės medžiagos, sudarytos iš kelių skirtingų komponentų. Naujojo junginio ypatybės paprastai būna geresnės nei jo sudedamųjų dalių. Tai tarytum sintetinis kompozitas stiklo pluoštas, iš kurio gaminami valčių korpusai, meškerės, lankai, strėlės bei kiti sporto reikmenys. * Ši medžiaga gaunama panardinant plonyčius stiklo plaušelius į skystą ar drebučių pavidalo plastinę masę (vadinamą polimeru). Polimerui stingstant susidaro lengvas, tvirtas ir elastingas darinys — kompozitas. Iš skirtingų plaušų bei plastinės masės galima pagaminti įvairiausių savybių kompozitų. Vis dėlto šie sintetiniai junginiai toli gražu neprilygsta gamtiniams, randamiems žmoguje, gyvūnuose bei augaluose.

Žmonių ir gyvūnų organizme kompozitų pagrindą sudaro ne stiklo ar anglies pluoštai, o baltymo skaidulos — kolagenas. Jis suteikia  stiprumo odai, žarnoms, kremzlėms, sausgyslėms, kaulams ir dantims (išskyrus emalį). * Pasak vieno žinyno, kolageniniai kompozitai yra „vieni sudėtingiausių žinomų junginių“.

Pagalvok, pavyzdžiui, apie sausgysles, jungiančias kaulus ir raumenis. Sausgyslės ypatingos: kolageninės skaidulos jose ne tik elastingos, bet ir nuostabiai suvytos. Žanin Binjes savo knygoje Biomimicry rašo, jog išraizgius sausgyslę matoma „nepaprastai tiksli jos struktūra. Jūsų dilbio sausgyslė — tai pluoštas suvytų skaidulų, panašių į kabančiojo tilto laidus. Kiekvieną skaidulą sudaro ryšulėlis plonesnių skaidulų, kiekvieną plonesniąją — pluoštelis molekulių, o šios sujungtos į spiralinius atomų pluoštelius. Visur matematinis tikslumas“. Autorės žodžiais, tai — „inžinerinė tobulybė“. Nenuostabu, kad tokie gamtos stebuklai įkvepia mokslininkus. (Palygink Jobo 40:15, 17.)

 Žmogaus sukurti kompozitai, kaip jau minėta, neprilygsta gamtiniams. Tačiau tos sintetinės medžiagos vertos dėmesio. Jos laikomos vienu didžiausių inžinerijos laimėjimų (tarp 10 kitų) per pastaruosius 25 metus. Pavyzdžiui, iš grafito ar anglies junginių pluošto dabar gaminamos lėktuvų ir kosminių laivų detalės, sporto reikmenys, „Formulės-1“ lenktyniniai automobiliai, jachtos, lengvos dirbtinės galūnės bei daugybė kitų dalykų.

Universalūs stebuklingi banginių taukai

Banginiai ir delfinai nežino, kad jų kūną gaubia nuostabus riebalinis audinys — vadinamasis varvelis, arba banginių taukai. „Banginių taukai tikriausiai yra pati universaliausia mums žinoma medžiaga“, — sakoma knygoje Biomimetics: Design and Processing of Materials. Joje paaiškinama, kad šie taukai banginiui — puiki plūduriavimo priemonė, padedanti išnerti paviršiun įkvėpti oro. Jie, kaip geras izoliatorius, saugo tuos šiltakraujus žinduolius nuo vandenyne tvyrančio šalčio. Be to, tai tinkamiausia maisto atsarga keliaujant tūkstančius mylių be maisto. Taukai teikia net du triskart daugiau energijos nei baltymai ir cukrus.

„Banginio taukai savo elastingumu primena kaučiuką, — sakoma minėtoje knygoje. — Dabar tiksliai apskaičiuota, jog pagreitis, atsirandantis taukams susispaudžiant ir išsitempiant su kiekvienu uodegos mostelėjimu, leidžia sutaupyti iki 20 procentų energijos ilgai be perstojo plaukiojant.“

Banginio taukai naudojami jau šimtmečiais, tačiau visai neseniai nustatytas įdomus faktas: beveik pusę visos taukų masės sudaro sudėtingas kolageno skaidulų tinklas, išsiraizgęs apie visą gyvūno kūną. Mokslininkai dar neišsiaiškino visų šio riebalinio junginio funkcijų, tačiau teigia atradę dar vieną nepaprastą produktą, kuris susintetintas būtų labai naudingas.

Genialus aštuonkojis inžinierius

Paskutiniais metais mokslininkai kruopščiai tyrinėja vorus. Jie nori suprasti, kaip voras audžia šilką — tam tikros rūšies kompozitą. Šilką gamina daugelis vabzdžių, tačiau voro išaustasis — ypatingas. Jis, kaip viena tvirčiausių medžiagų žemėje, „yra geidžiamiausias audinys“, — sako vienas mokslo žurnalistas. Voro šilkas toks nuostabus, kad jo puikių ypatybių tiesiog neįmanoma suskaičiuoti.

Kodėl apie voro šilką mokslininkai kalba aukščiausiuoju laipsniu? Jis ne tik penkis kartus tvirtesnis už plieną, bet ir nepaprastai elastingas.  Toks savybių derinys ypač retas! Voro šilko tąsumas 30 procentų didesnis už paties elastingiausio neilono. Tačiau jis nespyruokliuoja kaip tramplinas ir neišmeta voro užkandžių į orą. „Matuojant žmonių matais, — sakoma žurnale Science News, — žvejų tinklu, išaustu iš voratinklio, galima būtų pagauti keleivinį lėktuvą.“

Jeigu žmogus sugebėtų nukopijuoti voro chemines gudrybes, — dvi vorų rūšys gamina net septyneriopą šilką! — kaip puikiai jis jas pritaikytų! Būtų galima gaminti kur kas geresnės kokybės saugos diržus, siūlus žaizdoms susiūti, dirbtinius raiščius, plonyčius lynus bei laidus, neperšaunamus audinius ir daugybę kitų dalykų. Mokslininkai mėgina ištirti, kaip vorai geba gaminti šilką taip našiai — ir be jokių nuodingų chemikalų.

Gamtinės pavarų dėžės ir reaktyviniai varikliai

Pavarų dėžės bei reaktyviniai varikliai pasauliui suteikia galimybę judėti. Tačiau ar žinojai, kad gamta lenkia mus ir šioje srityje? Pavyzdžiui, pavarų dėžė. Šis mechanizmas padeda keisti tavo transporto priemonės pavaras, kad variklis dirbtų ekonomiškiau. Gamtinės pavarų dėžės paskirtis tokia pat, tik sujungia ji ne motorą su ratais, o sparnus su sparnais! Kas turi tokią pavarų dėžę? Ogi paprasta kambarinė musė.  Trijų pavarų „perjungimo svirtis“, jungianti musės sparnelius, leidžia jai keisti pavaras ore!

Kalmaras, aštuonkojis ir nautilas juda vandenyje stumiami tam tikros reaktyvinės jėgos. Į šiuos „reaktyvinius variklius“ mokslininkai žiūri su pavydu. Kodėl? Todėl, kad jie sudaryti iš minkštų detalių, kurios nelūžta, atlaiko didelius gylius, dirba be garso ir našiai. Štai kalmaras, bėgdamas nuo plėšrūnų, išvysto 32 kilometrų per valandą greitį. Sprukdamas jis „kartais net iššoka iš vandens tiesiai ant laivo denio“, — rašoma knygoje Wild Technology.

Gamtos pasaulio stebuklai pripildo mus pagarbos ir dėkingumo. Gamta, tarsi gyvoji mįslių kraitelė, pateikia daug klausimų. Kokie cheminiai burtai priverčia ryškiai švytėti jonvabalius ir kai kuriuos dumblius? Kaip įvairios arktinės žuvys bei varlės, kietai įšalusios į ledą per žiemą, jam ištirpus atgyja? Kaip banginiai ir ruoniai taip ilgai išbūna po vandeniu be kvėpavimo aparato? Kaip, nuolat nardančių po gelmes, jų neištinka kesoninė liga (nesumažėja kraujospūdis)? Kaip chameleonai ir sepijos, prisiderindami prie aplinkos, keičia spalvą? Kaip kolibriai perskrenda Meksikos įlanką teturėdami tris gramus kuro? Klausimų begalė.

Iš tikrųjų žmonės tegali žiūrėti ir stebėtis. Tyrinėdami gamtą, mokslininkai jaučia jai „vos ne nuolankią“ pagarbą, — sakoma knygoje Biomimicry.

 Kūryba byloja apie Kūrėją!

Biochemijos docentas Maiklas Bihis pasakė, jog paskutinių gyvosios ląstelės tyrinėjimų rezultatas „yra garsus, aiškus, veriantis šūksnis: ‛Sukonstruota!’“ Jo nuomone, ši išvada „tokia nedviprasmiška ir reikšminga, kad gali būti priskirta prie pačių didžiausių mokslo laimėjimų“.

Žinoma, Kūrėjo buvimo įrodymai sudaro sunkumų tiems, kas laikosi evoliucijos teorijos, nes ji negali paaiškinti sudėtingos gyvųjų organizmų sandaros, ypač ląstelių ir molekulių lygyje. „Yra įtikinamų priežasčių manyti, jog Darvino formuluotėmis niekada nepavyks pagrįsti gyvybės mechanizmų“, — sako docentas Bihis.

Darvino dienomis gyvoji ląstelė, sudaranti gyvybės pamatą, buvo laikoma paprasta ir tais gan tamsiais laikais gimė evoliucijos teorija. Tačiau dabar mokslo laikai. Molekulinė biologija ir biomimetika neabejotinai įrodė, jog ląstelė yra nepaprastai sudėtinga sistema, pilna tokių dailių ir tobulų darinių, kad pačių moderniausių žmogaus sukurtų įtaisų bei mašinų vidinės konstrukcijos atrodo visiškai primityvios.

Tobulos struktūros, anot Bihio, verčia padaryti logišką išvadą: „gyvybė buvo suprojektuota protingo asmens“. Tad ar ne išmintinga manyti, jog šis Asmuo turi tam tikrą tikslą žmonijos labui? Jeigu taip, kokį? Kaip mums daugiau sužinoti apie savo pačių Kūrėją? Tie svarbūs klausimai svarstomi kitame straipsnyje.

[Išnašos]

[Rėmelis 5 puslapyje]

Išnykusi musė padėjo patobulinti saulės baterijas

Vienas mokslininkas lankydamasis muziejuje pamatė gintare užkonservuotos seniai išnykusios musės nuotraukas, — sakoma New Scientist žurnale. Vabzdžio akyse jis pastebėjo daug tinklelių ir pagalvojo: galbūt jie padėjo musei pagauti daugiau šviesos, ypač krintančios įžambiai. Nuojauta neapgavo. Pradėję daryti bandymus, jis bei kiti tyrinėtojai tuo įsitikino.

Sužinoję tai, mokslininkai nusprendė išraižyti panašų tinklelį ant saulės baterijų stiklo. Taip jie tikisi padidinti šių baterijų generuojamą energijos kiekį. Be to, nebereikėtų brangiai kainuojančių kilnojimo įtaisų, kreipiančių baterijas į saulę. Tai duotų ir kitos naudos: susitaupytų iškastinis kuras ir būtų mažesnė tarša. Panašūs atradimai padeda mums suvokti vieną akivaizdžią tiesą: gamta tikrai pilna puikių projektų, tik reikia juos pastebėti, perprasti ir kur įmanoma naudingai pritaikyti.

[Rėmelis 6 puslapyje]

Nuopelnai tam, kam priklauso

Šveicarų inžinierius Žoržas de Mestralis kartą (o tai buvo 1957-aisiais) pastebėjo, jog smulkūs, kieti varnalėšos graižo skraistlapiai, prikibę prie jo drabužių, turi mažyčius kabliukus. Jis ėmė juos tyrinėti ir greitai jo galvoje žybtelėjo mintis sukurti sintetinį šių skraistlapių ekvivalentą. Tam jis paskyrė aštuonerius metus. Jo išradimas sužavėjo pasaulį ir taip atsirado „lipukai“ — juostelės susegti drabužiams.

Įsivaizduok Mestralio savijautą, jeigu būtų buvę paskelbta, kad „lipukų“ niekas neišrado, o jie gimė dirbtuvėje savaime per tūkstančius atsitiktinių etapų. Žinoma, nešališka bei teisinga nuopelnus priskirti tam, kam jie priklauso. Autorystei patvirtinti išradėjai gauna patentus. Nekyla abejonių, kad žmonės nusipelno pagyrimo, piniginio atlygio ir net garbės už savo išradimus, kurie dažnai tėra menka gamtinių struktūrų imitacija. Argi mūsų išmintingasis Kūrėjas nevertas būti pripažintas už savo tobulus autentiškus kūrinius?

[Iliustracija 5 puslapyje]

Kaulas savo tvirtumu pranoksta plieną

[Šaltinio nuoroda]

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

[Iliustracija 7 puslapyje]

Banginio taukai yra plūduriavimo priemonė, šilumos izoliatorius ir maisto šaltinis

[Šaltinio nuoroda]

©Dave B. Fleetham/Visuals Unlimited

[Iliustracija 7 puslapyje]

Nuo krokodilo ir aligatoriaus odos atšoka ietys, strėlės ir net kulkos

[Iliustracija 7 puslapyje]

Voro šilkas yra penkiskart tvirtesnis už plieną, tačiau labai elastingas

[Iliustracija 8 puslapyje]

Genio smegenis gaubia labai tankus kaulas, atstojantis smūgio amortizatorių

[Iliustracija 8 puslapyje]

Chameleonai, prisitaikydami prie aplinkos, keičia spalvą

[Iliustracija 8 puslapyje]

Nautilas turi specialias ertmes, kurios leidžia jam plūduriuoti vandenyje

[Iliustracija 9 puslapyje]

Rubingurklis kolibris įveikia beveik 1000 kilometrų teturėdamas tris gramus kuro

[Iliustracija 9 puslapyje]

Kalmaras apdovanotas tam tikra reaktyvine jėga

[Iliustracija 9 puslapyje]

Cheminių burtų paveikti jonvabaliai švyti gražia šalta šviesa

[Šaltinio nuoroda]

©Jeff J. Daly/Visual Unlimited