Dyfeisiadau a ysbrydolwyd gan natur

Megis dechrau datblygu y mae gwyddoniaeth biomimeteg bellach. Biomemeg yw chwilio a benthyca syniadau amrywiol o fyd natur a’u defnyddio i ddatrys y problemau sy’n wynebu dynoliaeth. Gwreiddioldeb, anarferoldeb, cywirdeb anhygoel ac economi adnoddau, lle mae natur yn datrys ei phroblemau, yn syml, ni all ond ymhyfrydu ac achosi awydd i gopïo'r prosesau, y sylweddau a'r strwythurau anhygoel hyn i ryw raddau. Bathwyd y term biomimetig ym 1958 gan y gwyddonydd Americanaidd Jack E. Steele. A daeth y gair “bionics” i ddefnydd cyffredinol yn 70au’r ganrif ddiwethaf, pan ymddangosodd y gyfres “The Six Million Dollar Man” a “The Biotic Woman” ar y teledu. Mae Tim McGee yn rhybuddio na ddylid drysu biometreg yn uniongyrchol â modelu bio-ysbrydoledig oherwydd, yn wahanol i fiometreg, nid yw modelu bio-ysbrydoledig yn pwysleisio'r defnydd darbodus o adnoddau. Isod mae enghreifftiau o gyflawniadau biomimetig, lle mae'r gwahaniaethau hyn yn fwyaf amlwg. Wrth greu deunyddiau biofeddygol polymerig, defnyddiwyd egwyddor gweithredu'r gragen holothuraidd (ciwcymbr môr). Mae gan giwcymbrau môr nodwedd unigryw - gallant newid caledwch y colagen sy'n ffurfio gorchudd allanol eu corff. Pan fydd ciwcymbr y môr yn synhwyro perygl, mae'n cynyddu anhyblygedd ei groen dro ar ôl tro, fel pe bai wedi'i rwygo gan gragen. I'r gwrthwyneb, os oes angen iddo wasgu i mewn i fwlch cul, gall wanhau cymaint rhwng elfennau ei groen fel ei fod yn ymarferol yn troi'n jeli hylif. Llwyddodd grŵp o wyddonwyr o Case Western Reserve i greu deunydd yn seiliedig ar ffibrau cellwlos â phriodweddau tebyg: ym mhresenoldeb dŵr, mae'r deunydd hwn yn dod yn blastig, a phan fydd yn anweddu, mae'n solidoli eto. Mae gwyddonwyr yn credu bod deunydd o'r fath yn fwyaf addas ar gyfer cynhyrchu electrodau intracerebral, a ddefnyddir, yn arbennig, mewn clefyd Parkinson. Pan gaiff ei fewnblannu i'r ymennydd, bydd electrodau wedi'u gwneud o ddeunydd o'r fath yn dod yn blastig ac ni fyddant yn niweidio meinwe'r ymennydd. Mae cwmni pecynnu yr Unol Daleithiau Ecovative Design wedi creu grŵp o ddeunyddiau adnewyddadwy a bioddiraddadwy y gellir eu defnyddio ar gyfer inswleiddio thermol, pecynnu, dodrefn a chasys cyfrifiadurol. Mae gan McGee degan wedi'i wneud o'r deunydd hwn hyd yn oed. Ar gyfer cynhyrchu'r deunyddiau hyn, defnyddir plisg o reis, gwenith yr hydd a chotwm, lle mae'r ffwng Pleurotus ostreatus (madarch wystrys) yn cael ei dyfu. Mae cymysgedd sy'n cynnwys celloedd madarch wystrys a hydrogen perocsid yn cael ei roi mewn mowldiau arbennig a'i gadw yn y tywyllwch fel bod y cynnyrch yn caledu o dan ddylanwad myceliwm madarch. Yna caiff y cynnyrch ei sychu i atal twf y ffwng ac atal alergeddau wrth ddefnyddio'r cynnyrch. Mae Angela Belcher a'i thîm wedi creu batri novub sy'n defnyddio firws bacterioffag M13 wedi'i addasu. Mae'n gallu cysylltu ei hun â deunyddiau anorganig fel aur a cobalt ocsid. O ganlyniad i hunan-gynulliad firws, gellir cael nanowires eithaf hir. Roedd grŵp Bletcher yn gallu cydosod llawer o'r nanowires hyn, gan arwain at sylfaen batri pwerus a hynod gryno. Yn 2009, dangosodd gwyddonwyr y posibilrwydd o ddefnyddio firws a addaswyd yn enetig i greu anod a catod batri lithiwm-ion. Mae Awstralia wedi datblygu'r system trin dŵr gwastraff Biolytix ddiweddaraf. Gall y system hidlo hon droi carthffosiaeth a gwastraff bwyd yn ddŵr o safon y gellir ei ddefnyddio ar gyfer dyfrhau yn gyflym iawn. Yn y system Biolytix, mwydod ac organebau pridd sy'n gwneud yr holl waith. Mae defnyddio system Biolytix yn lleihau'r defnydd o ynni bron i 90% ac yn gweithio bron 10 gwaith yn fwy effeithlon na systemau glanhau confensiynol. Mae'r pensaer ifanc o Awstralia, Thomas Herzig, yn credu bod cyfleoedd enfawr ar gyfer pensaernïaeth chwyddadwy. Yn ei farn ef, mae strwythurau chwyddadwy yn llawer mwy effeithlon na rhai traddodiadol, oherwydd eu hysgafnder a'r defnydd lleiaf posibl o ddeunyddiau. Mae'r rheswm yn gorwedd yn y ffaith bod y grym tynnol yn gweithredu ar y bilen hyblyg yn unig, tra bod y grym cywasgol yn cael ei wrthwynebu gan gyfrwng elastig arall - aer, sy'n bresennol ym mhobman ac yn hollol rydd. Diolch i'r perwyl hwn, mae natur wedi bod yn defnyddio strwythurau tebyg ers miliynau o flynyddoedd: mae pob bywoliaeth yn cynnwys celloedd. Mae'r syniad o gydosod strwythurau pensaernïol o fodiwlau pneumocell wedi'u gwneud o PVC yn seiliedig ar egwyddorion adeiladu strwythurau cellog biolegol. Mae'r celloedd, sydd wedi'u patentio gan Thomas Herzog, yn gost isel iawn ac yn caniatáu ichi greu nifer anghyfyngedig bron o gyfuniadau. Yn yr achos hwn, ni fydd difrod i un neu hyd yn oed nifer o niwmogellau yn golygu dinistrio'r strwythur cyfan. Mae'r egwyddor o weithredu a ddefnyddir gan Gorfforaeth Calera i raddau helaeth yn dynwared creu sment naturiol, y mae cwrelau yn ei ddefnyddio yn ystod eu hoes i echdynnu calsiwm a magnesiwm o ddŵr môr er mwyn syntheseiddio carbonadau ar dymheredd a phwysau arferol. Ac wrth greu sment Calera, mae carbon deuocsid yn cael ei drawsnewid yn asid carbonig yn gyntaf, ac yna ceir carbonadau ohono. Dywed McGee, gyda'r dull hwn, i gynhyrchu un tunnell o sment, mae angen gosod tua'r un faint o garbon deuocsid. Mae cynhyrchu sment yn y ffordd draddodiadol yn arwain at lygredd carbon deuocsid, ond mae'r dechnoleg chwyldroadol hon, i'r gwrthwyneb, yn cymryd carbon deuocsid o'r amgylchedd. Mae'r cwmni Americanaidd Novomer, sy'n datblygu deunyddiau synthetig newydd sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd, wedi creu technoleg ar gyfer cynhyrchu plastigion, lle defnyddir carbon deuocsid a charbon monocsid fel y prif ddeunyddiau crai. Mae McGee yn pwysleisio gwerth y dechnoleg hon, gan mai rhyddhau nwyon tŷ gwydr a nwyon gwenwynig eraill i'r atmosffer yw un o brif broblemau'r byd modern. Yn nhechnoleg plastigau Novomer, gall y polymerau a'r plastigau newydd gynnwys hyd at 50% o garbon deuocsid a charbon monocsid, ac mae angen llawer llai o ynni ar gyfer cynhyrchu'r deunyddiau hyn. Bydd cynhyrchu o'r fath yn helpu i rwymo swm sylweddol o nwyon tŷ gwydr, ac mae'r deunyddiau hyn eu hunain yn dod yn fioddiraddadwy. Cyn gynted ag y bydd pryfyn yn cyffwrdd â deilen trapio planhigyn cigysol Venus flytrap, mae siâp y ddeilen yn dechrau newid ar unwaith, ac mae'r pryfyn yn cael ei hun mewn trap marwolaeth. Llwyddodd Alfred Crosby a’i gydweithwyr o Brifysgol Amherst (Massachusetts) i greu deunydd polymer sy’n gallu adweithio mewn ffordd debyg i’r newidiadau lleiaf mewn gwasgedd, tymheredd, neu o dan ddylanwad cerrynt trydan. Mae wyneb y deunydd hwn wedi'i orchuddio â lensys microsgopig, llawn aer a all newid eu crymedd yn gyflym iawn (dod yn amgrwm neu'n geugrwm) gyda newidiadau mewn pwysedd, tymheredd, neu o dan ddylanwad cerrynt. Mae maint y microlensau hyn yn amrywio o 50 µm i 500 µm. Po leiaf yw'r lensys eu hunain a'r pellter rhyngddynt, y cyflymaf y bydd y deunydd yn ymateb i newidiadau allanol. Dywed McGee mai'r hyn sy'n gwneud y deunydd hwn yn arbennig yw ei fod yn cael ei greu ar groesffordd micro- a nanotechnoleg. Mae cregyn gleision, fel llawer o folysgiaid dwygragennog eraill, yn gallu cysylltu'n gadarn ag amrywiaeth o arwynebau gyda chymorth ffilamentau protein arbennig, trwm - yr hyn a elwir yn byssus. Mae haen amddiffynnol allanol y chwarren byssal yn ddeunydd amlbwrpas, hynod wydn ac ar yr un pryd yn hynod elastig. Mae’r Athro Cemeg Organig Herbert Waite o Brifysgol California wedi bod yn ymchwilio i gregyn gleision ers amser maith, a llwyddodd i ail-greu deunydd y mae ei strwythur yn debyg iawn i’r deunydd a gynhyrchir gan gregyn gleision. Dywed McGee fod Herbert Waite wedi agor maes ymchwil cwbl newydd, a bod ei waith eisoes wedi helpu grŵp arall o wyddonwyr i greu technoleg PureBond ar gyfer trin arwynebau paneli pren heb ddefnyddio fformaldehyd a sylweddau hynod wenwynig eraill. Mae gan groen siarc briodwedd hollol unigryw - nid yw bacteria'n lluosi arno, ac ar yr un pryd nid yw wedi'i orchuddio ag unrhyw iraid bactericidal. Mewn geiriau eraill, nid yw'r croen yn lladd bacteria, nid ydynt yn bodoli arno. Mae'r gyfrinach yn gorwedd mewn patrwm arbennig, sy'n cael ei ffurfio gan y graddfeydd lleiaf o groen siarc. Gan gysylltu â'i gilydd, mae'r graddfeydd hyn yn ffurfio patrwm siâp diemwnt arbennig. Mae'r patrwm hwn yn cael ei atgynhyrchu ar y ffilm gwrthfacterol amddiffynnol Sharklet. Mae McGee yn credu bod cymhwyso'r dechnoleg hon yn wirioneddol ddiderfyn. Yn wir, gall cymhwyso gwead o'r fath nad yw'n caniatáu i facteria luosi ar wyneb gwrthrychau mewn ysbytai a mannau cyhoeddus gael gwared â bacteria 80%. Yn yr achos hwn, ni chaiff bacteria eu dinistrio, ac, felly, ni allant gael ymwrthedd, fel sy'n wir gyda gwrthfiotigau. Technoleg Sharklet yw'r dechnoleg gyntaf yn y byd i atal twf bacteriol heb ddefnyddio sylweddau gwenwynig. yn ôl bigpikture.ru