受大自然啟發的發明

仿生科學現在處於發展的早期階段。 仿生 是從自然界中尋找和借鑒各種想法，並將其用於解決人類面臨的問題。 大自然解決其問題的獨創性、不尋常性、無可挑剔的準確性和資源經濟性，簡直不能不令人愉悅並引起在某種程度上複製這些驚人的過程、物質和結構的願望。 仿生學一詞由美國科學家 Jack E. Steele 於 1958 年創造。 而“仿生學”這個詞在上世紀 70 年代開始普遍使用，當時電視劇“六百萬美元的男人”和“生物女人”出現在電視上。 Tim McGee 警告說，不應將生物識別技術與仿生建模直接混淆，因為與仿生學不同，仿生建模並不強調資源的經濟使用。 以下是仿生學成就的例子，其中這些差異最為明顯。 在創建聚合生物醫學材料時，使用了海參殼（海參）的操作原理。 海參有一個獨特的特性——它們可以改變構成身體外殼的膠原蛋白的硬度。 當海參感覺到危險時，它會反復增加皮膚的硬度，就像被貝殼撕裂一樣。 相反，如果他需要擠進一個狹窄的縫隙中，他的皮膚元素之間就會變得如此脆弱，以至於它實際上會變成一種液體果凍。 凱斯西儲的一組科學家設法製造了一種基於纖維素纖維的具有相似特性的材料：在有水的情況下，這種材料會變成塑料，當它蒸發時，它會再次凝固。 科學家們認為，這種材料最適合生產用於治療帕金森病的腦內電極。 當植入大腦時，由這種材料製成的電極會變成塑料，不會損傷腦組織。 美國包裝公司 Ecovative Design 創造了一組可再生和可生物降解的材料，可用於隔熱、包裝、家具和電腦機箱。 McGee 甚至已經有了用這種材料製成的玩具。 為了生產這些材料，使用稻殼、蕎麥和棉花的外殼，在其上種植真菌 Pleurotus ostreatus（平菇）。 將含有牡蠣蘑菇細胞和過氧化氫的混合物放入特殊模具中並保持在黑暗中，以便產品在蘑菇菌絲體的影響下變硬。 然後將產品乾燥以阻止真菌的生長並防止產品在使用過程中過敏。 Angela Belcher 和她的團隊創造了一種使用改良的 M13 噬菌體病毒的 novub 電池。 它能夠將自己附著在無機材料上，例如金和氧化鈷。 作為病毒自組裝的結果，可以獲得相當長的納米線。 Bletcher 的小組能夠組裝許多這樣的納米線，從而形成了非常強大且極其緊湊的電池的基礎。 2009 年，科學家們展示了使用轉基因病毒製造鋰離子電池陽極和陰極的可能性。 澳大利亞開發了最新的 Biolytix 廢水處理系統。 該過濾系統可以非常迅速地將污水和食物垃圾轉化為可用於灌溉的優質水。 在 Biolytix 系統中，蠕蟲和土壤生物完成了所有工作。 使用 Biolytix 系統可將能耗降低近 90%，並且比傳統清潔系統的工作效率提高近 10 倍。 年輕的澳大利亞建築師 Thomas Herzig 認為充氣建築有巨大的機會。 在他看來，充氣結構比傳統結構更有效，因為它們重量輕且材料消耗最少。 原因在於張力只作用在柔性膜上，而壓縮力與另一種彈性介質——空氣相反，它無處不在，完全自由。 由於這種效應，大自然數百萬年來一直在使用類似的結構：每個生物都由細胞組成。 由 PVC 製成的肺細胞模塊組裝建築結構的想法是基於構建生物細胞結構的原理。 由 Thomas Herzog 獲得專利的電池成本極低，可讓您創建幾乎無限數量的組合。 在這種情況下，一個甚至幾個肺細胞的損壞不會導致整個結構的破壞。 Calera 公司使用的操作原理在很大程度上模仿了天然水泥的製造，珊瑚在其一生中使用這種水泥從海水中提取鈣和鎂，以便在正常溫度和壓力下合成碳酸鹽。 在製造 Calera 水泥時，首先將二氧化碳轉化為碳酸，然後從中獲得碳酸鹽。 McGee 說，使用這種方法，要生產一噸水泥，需要固定大約相同數量的二氧化碳。 以傳統方式生產水泥會導致二氧化碳污染，而這種革命性的技術恰恰相反，它會從環境中吸收二氧化碳。 開發新型環保合成材料的美國公司 Novomer 創造了一種以二氧化碳和一氧化碳為主要原料的塑料生產技術。 McGee 強調了這項技術的價值，因為將溫室氣體和其他有毒氣體釋放到大氣中是現代世界的主要問題之一。 在 Novomer 的塑料技術中，新的聚合物和塑料可含有高達 50% 的二氧化碳和一氧化碳，生產這些材料所需的能源明顯減少。 這樣的生產將有助於結合大量的溫室氣體，這些材料本身就可以生物降解。 一旦昆蟲接觸到食肉捕蠅草植物的誘捕葉子，葉子的形狀立即開始改變，昆蟲發現自己陷入了死亡陷阱。 來自阿默斯特大學（馬薩諸塞州）的 Alfred Crosby 和他的同事設法創造了一種聚合物材料，這種材料能夠以類似的方式對壓力、溫度或在電流影響下的最輕微變化做出反應。 這種材料的表面覆蓋著微小的充氣透鏡，這些透鏡可以隨著壓力、溫度或電流的變化而迅速改變其曲率（變為凸面或凹面）。 這些微透鏡的尺寸從 50 µm 到 500 µm 不等。 鏡片本身和它們之間的距離越小，材料對外部變化的反應就越快。 McGee 說，這種材料的特別之處在於它是在微米技術和納米技術的交叉點上創造出來的。 像許多其他雙殼類軟體動物一樣，貽貝能夠在特殊的重型蛋白質細絲（即所謂的 byssus）的幫助下牢固地附著在各種表面上。 附體腺的外部保護層是一種用途廣泛、極其耐用且同時具有難以置信的彈性的材料。 加州大學有機化學教授赫伯特·韋特（Herbert Waite）對貽貝進行了很長時間的研究，他成功地重新創造了一種結構與貽貝產生的材料非常相似的材料。 McGee 說 Herbert Waite 開闢了一個全新的研究領域，他的工作已經幫助另一組科學家創造了 PureBond 技術，用於在不使用甲醛和其他劇毒物質的情況下處理木板表面。 鯊魚皮有一個完全獨特的特性——細菌不會在上面繁殖，同時它也沒有被任何殺菌潤滑劑覆蓋。 換句話說，皮膚不會殺死細菌，它們根本不存在於它上面。 秘密在於一種特殊的圖案，它是由最小的鯊魚皮鱗片形成的。 這些鱗片相互連接，形成一種特殊的菱形圖案。 這種圖案在 Sharklet 抗菌保護膜上重現。 McGee 相信這項技術的應用確實是無限的。 事實上，在醫院和公共場所的物體表面應用這種不允許細菌繁殖的紋理，可以將細菌去除 80%。 在這種情況下，細菌不會被破壞，因此它們不會像抗生素那樣獲得抗藥性。 Sharklet 技術是世界上第一個在不使用有毒物質的情況下抑制細菌生長的技術。 根據 bigpikture.ru