Arkistoitu

Biomimiikka inspiroituu luonnon ratkaisuista


Miksi keksiä tyhjästä ratkaisuja ongelmille, kun niitä voi lainata luonnosta. Tätä on biomimiikka ja oikein sovellettuna se voi auttaa ratkaisemaan ihmiskunnan tulevia haasteita.

Kuva: Tekijänä Pekka Isometsä

Toisinaan tutkijat kohtaavat työssään ongelmia ja haasteita, joiden ratkaiseminen puhtaalta pöydältä voi tuntua haasteelliselta, ellei peräti mahdottamalta. Silloin heidän kannattaa suunnata katseensa luontoon.

Toisin kuin tutkijalla, luonnolla on ollut parhaimmillaan miljoonia vuosia aikaa kehittää soveltuvia ratkaisuja evoluution avulla. Yleensä nämä ratkaisut ovat sen verran optimoituja ja taloudellisia, että tutkijan kannattaa omien yritelmiensä sijaan kopioida luonnolta. Tälläistä luonnossa esiintyvien mekanismien ja ominaisuuksien matkimista kutsutaan biomimiikaksi.

Tarttumamekanismi gekolta


Kuva: Lasiin tarttunut gekko via Wikimedia Commons.

Eräs kuuluisimmista biomimiikan esimerkeistä on gekko. Sen kyky tarttua ja kiivetä vaivattomasti pinnalla kuin pinnalla on ihmetyttänyt ihmisiä jo Aristoteleen ajoista lähtien. Ei siis ole ihme, että gekkoa ollaan biomimiikan alalla tutkittu ahkerasti.

Nykyään tiedetään, että gekon tarttumiskyky perustuu sen jaloissa sijaitsevien, setaksi kutsuttujen karvojen ja gekon alla olevan pinnan välisiin Van der Waalsin voimiin. Hurjasta tarttumistehosta huolimatta gekolta kuluu seinällä pysymiseen setan rakenteen ansiosta hyvin vähän energiaa.

Gekon tarttumismekanismi on saatu osittain toimimaan esimerkiksi vaativissa maastoissa liikkuvissa roboteissa. Lisäksi tutkijat ovat kiinnostuneet gekon setan jousenkaltaiseen ominaisuuteen säilöä ja vapauttaa suuria määriä energiaa. Koko tarinan gekon tarttumamekanismista ja sen matkimisesta voi lukea täältä.

Seitti hämähäkiltä


Kuva: Hämähäkki seitteineen via Pixabay.

Hämähäkin seitti on hyvin mielenkiintoinen materiaali. Seittiä voi venyttää lähes puolta pidemmäksi sen alkuperäisestä pituudesta hajottamatta itse seittiä ja kun seitin paino suhteutetaan sen lujuuteen, jättää seitti taakseen jopa teräksen. Itseasiassa joidenkin tutkijoiden mukaan lyijykynän paksuinen seitti riittäisi pysäyttämään katkeamatta jumbo jetin kesken lennon.

Ihmeaineen suurista lupauksista huolimatta kukaan ei ole vielä onnistunut syntetisoimaan toimivaa hämähäkin seittiä, sillä seitin muodostavien molekyylien rakenne on tavattoman monimutkainen.

Lähimmäksi on luultavimmin päässyt bioteknologia yritys Nexia, joka on saanut muuntogeeniset vuohet tuottamaan hämähäkin seittiä sisältävää maitoa. Seittimaidosta enemmän kiinnostuneet voivat lukea asiasta enemmän täältä.

Valkoisuus kovakuoriaiselta


Kuva: Valkoisia Cyphochilos-kuoriaisia via flickr.

Etelä-Aasialaisella Cyphochilus-suvun kovakuoriaisella on kuoressaan äärimmäisen ohuita kitiinilevyjä, jotka kykenevät heijastamaan kaikkia näkyvän valon aallonpituuksia paremmin kuin mikään muu biomateriaali. Tämä ominaisuus tekee kuoriaisesta paperiarkkia valkoisemmman.

Kuoriainen on heijastamisessaan myös taloudellinen: kitiinilevyt ovat vain muutamien nanometrien paksuisia. Tällaisen kirkkauden saavuttamiseen ei näin vähällä materiaalimäärällä olla vielä keinotekoisesti kyetty. Sovelluskohteita kuitenkin olisi niin maalien, muovien kuin valoa heijastavien pintojen parissa.

Koko tarina kuoriaisesta on luettavissa täältä.

Kuten edellä mainituista esimerkeistä voidaan todeta, liittyy biomimiikan suurin vahvuus juuri luonnon kykyyn saada aikaan oikeanlaisia ominaisuuksia ja materiaaleja mahdollisimman pienellä vaivalla. Kun ajatellaan ihmiskunnan tulevia haasteita ilmastonmuutoksesta raaka-aineiden hupenemiseen, eivät resursseja hurjasti säästävät luonnolta lainatut ominaisuudet ja materiaalit kuulosta ollenkaan hullummilta.

Artikkelin kirjoittaja Pekka Isometsä opiskelee kemian aineenopettajaksi kemian opettajankoulutusyksikössä Helsingin yliopistolla. Vapaa-aikaansa hän viettää amatööritaiteilijana ja kulttuurisnobina.

Kommentoi [2]

Tuo viittaus vuohiin, jotka tuottavat hämähäkinseittimaitoa, perustuu kai artikkeliin v. 1999. Mitä niille nykyään kuuluu?

— Sirje · 21 10 2015 - 10:15 · #

Tämä vaati vähän selvittelyä, mutta edelleen vuohia kasvatetaan ja seitin käyttömahdollisuuksia tutkitaan ainakin Utahin osavaltion yliopistossa sekä Wiomingin yliopistossa. Tuotteen tavaramerkki on BioSteel.
Myös Japanissa on seitin tuotteistamiseen perustettu start-up yritys.

— Luova · 12 11 2015 - 13:53 · #

Textile ohje