БИОМИМЕТИКАТА – ФИЛОСОФСКИЯТ КАМЪК НА БЪДЕЩЕТО

В продължение на 3 милиарда години Природата, като свръхгениален „инженер”, е създавала живите организми така, щото те да функционират с минимален разход на енергия и без отделяне на неразграждащи се замърсители. Това се отнася и за приеманото като висше нейно творение – човека. А той, със закъснение от стотици векове, едва днес осъзнава напълно истината за мъдростта на родителката си. И започва да я имитира при изработването на нови, коренно различни от досегашните, технологии. Още с пръкването си хората наподобявали в рисунки природните форми. През Ренесанса, когато Европа преоткрива античната култура, поставяща човешкото същество в центъра на Универсума, авторът на Джокондата след внимателно изучаване на устройството на птиците разработва летателен апарат. В 1890 г. французинът Клеман Адер, изхождайки пак от птичето крило, предлага конструкцията си „Еола”. 20-и век навлиза в историята с кредото „Изкуствено създаденото стои по-високо от природното” – естествен /но и погрешен/ извод от бурното развитие на науките и техниката; развитие, внушило на човека самочувствие за превъзходство над Природата. Трябваше да дочакаме средата на миналото столетие, и по-точно 1960 г., та, обърнали отново поглед към животинския свят, японски инженери да смаят света с влака-стрела Шинкансен. Неговият овал следва този на морския гмурец – птица, спускаща се във водата, подобно на стрела. Возилото развива непозната дотогава бързина с минимално изразходване на енергия.

Настоящият 21-ви век предвещава промишлена революция. В нейната основа лежи биомиметизмът /бионика, биомиметика/. По същество той е насочен към разгадаване на процесите и структурата в живата материя около нас с цел получаване при „по-меки” условия продукти, до които човек е стигнал, прилагайки крайни фактори. Биомиметиката навлиза в „златната” си възраст малко късно. Но едва днес ние разполагаме, напр., с тунелния микроскопски ефект, позволяващ измерване на наноматриците в природни организми; едва днес сме овладели методите за сложни пресмятания, за компютърно моделиране и др., за да се убедим, че принципите, заложени в живота, са уникално „измислени”.

В основата на индустриалното ни производство стояха и все още стоят 3 главни въздействия: нагряване, високо налягане, разпадане, последвано често от синтез. Природата, обаче „работи” при обикновена температура и атмосферно налягане, ползва водата като универсална среда и отделя при дейността си съвсем малко токсини.

Биомиметиката се превръща в световното направление на изследванията: между 1995 и 2005 г. патентите в нейната сфера само в САЩ са нараснали от десетина в началото на периода до 800 – в края. Милиарди долари биват „наливани” в развойни центрове, най-вече „смесени” между промишлени гиганти и интердисциплинарни по характера си лаборатории.

Един от векторите с реални резултати е този в стъкларството. Мечтата тук е здрави и съвършено прозрачни плоскости, добивани при параметри, щадящи работниците и околната среда. Природата ни предоставя забележителен еталон – едноклетъчните водорасли в стъклена обвивка с пори от порядъка на нано- до микрометри, която позволява обмяна на вещества. Това „защитно” облекло микроводораслото изработва с участие на собствени протеини при обикновена температура от силициеви молекули, нахождащи се в морската вода в много малка концентрация. Фината черупка е по-устойчива и по-еластична от най-добрите, получени от човека, стъкла. За тях, както знаем, той изхожда от богат на силиций пясък и нагряване до 14000С. Тук биомиметиката е направила съществена полезна стъпка: извънредно тънки порьозни стъклени микросфери се пълнят с лекарствени препарати, които постепенно преминават в организма на болния.

Друга любопитна тайна са коралите. Живи същества, те изграждат калциево-карбонатния си скелет от йони в морската вода при 23-280С. Непретенциозно полученият скелет търпи натоварения от 12 до 80 мегапаскала и остава здрав 800 години. А при бетона – епохално откритие на човешкия ум, за получаването на една от съставките – цимента – е нужна температура 14500. Равносметката на вредни емисии е 1 тон въгледвуокис за 1 тон бетон. Класическият бетон понася натоварения до 60 мегапаскала и има трайност стотина години.

Даже паяжината поставя въпросителни. Плячките и цветният прашец доставят на неуморимия тъкач – паяка – 100% биоразложими аминокиселини. Крехкото на пръв поглед влакно е съставено от множество, богати на аланин и глицин, влакънца; усукани, те придават на ефирната мрежа издръжливост на натоварване до 1200 мегапаскала при граница на еластичност 31%. Докато 400 мегапаскала късат стоманена нишка (със същия диаметър/ от сплав желязо-въглерод; човешкото постижение при разтягането е 2%, а на ниски температури стоманената нишка въобще не издържа.

Примерите с чудесата на природата в живата материя са неизброими. Мидите, напр., представляват бездънен извор на знания за лепилата: те пускат „израстъци”, силно прилепващи към подложката в морска среда, хабейки само 15-20% от енергийния баланс на метаболизма си. И тук ролята се пада на протеините, които черупчестите произвеждат. За да бъде изтръгната мида от плоскостта, в която се е „вкопчила”, необходима е сила 3-15кг/см2, и то в неблагоприятната за повечето адхезиви влага. Постиженията на човека, по изключение, задминават тези на мидите – съвременните лепилни смеси надвишават силата на сцепление на мидите многократно, но и най-удачните от тях отделят отровни съставки.

Уърлд Ком – една от печелившите в САЩ компании за телевизионни екрани, наскоро пусна поредния си хит – луминисцентен екран, наречен „Слънчоглед”. Към малката енергийна консумация е добавен впечатляващ оптичен ефект. Въвеждането му в практиката е плод на разшифроването на една природна загадка – периодичното пренареждане на колоидно-кристални формирования върху крилата на пеперудите и по перата на разкошната паунова опашка.

Кой ли е обръщал внимание на застъпването – една върху друга – на люспите по кожата на рибите? Биомиметиката го е направила и е установила, че тази подредба предпазва от прилепчивост на бактерии – „хитрост”, която американското дружество Шарклет Текнолоджи масово прилага при обзавеждане на болници, обществени тоалетни и другаде.

Изглежда, наподобяването структурите в живите същества, означавано с общото име биомиметика, е философският камък на бъдещата индустрия; само, дето той превръща не оловото, а „зеленото”, в злато.

Мариана Ангелова