وقتی پاسخ پیچیدهترین مسائل مهندسی، در دل طبیعت پیدا میشود
شاید بزرگترین درس طبیعت این باشد که برای ساخت آینده، همیشه لازم نیست چیزی را از نو اختراع کنیم؛ گاهی کافی است با دقت بیشتری به جهان اطرافمان نگاه کنیم، زیرا بسیاری از پاسخها، میلیاردها سال است که روبهروی چشمان ما قرار دارند.
زهرا شفیعی در چندثانیه آنلاین نوشت: وقتی نام بزرگترین اختراعات بشر به میان میآید، معمولاً تصاویری از آزمایشگاههای فوقپیشرفته، مهندسان نابغه، ابررایانهها و کارخانههای مدرن در ذهن شکل میگیرد. قطارهای پرسرعت، توربینهای بادی، سوزنهای پزشکی بدون درد، چسبهای فوققوی و سطوح خودتمیزشونده، همگی نمادهایی از پیشرفت فناوری به شمار میروند.
اما حقیقتی شگفتانگیز وجود دارد که کمتر درباره آن صحبت میشود؛ بسیاری از این فناوریها، در واقع اختراع انسان نیستند، بلکه نسخهای بازطراحیشده از ایدههایی هستند که طبیعت میلیونها سال پیش آنها را به کاملترین شکل ممکن توسعه داده است.
دانشمندان این رویکرد را «بیومیمتیک» (Biomimetics) یا مهندسی الهامگرفته از طبیعت مینامند؛ شاخهای از علم که به جای تلاش برای اختراع راهحلهای کاملاً جدید، طبیعت را بهعنوان بزرگترین آزمایشگاه جهان مطالعه میکند.
طبیعت طی حدود ۳.۸ میلیارد سال تکامل، بیشمار آزمایش انجام داده است؛ آزمایشهایی که نتیجه آنها موجوداتی هستند که هر کدام راهحلی فوقالعاده برای یک مسئله مهندسی ارائه میکنند.
قطاری که از یک پرنده درس گرفت
یکی از مشهورترین نمونههای بیومیمتیک، قطار سریعالسیر شینکانسن ژاپن است.
نسخههای اولیه این قطار هنگام خروج از تونل، موج فشاری بسیار شدیدی ایجاد میکردند که صدایی شبیه انفجار تولید میکرد. این مسئله علاوه بر آلودگی صوتی، باعث اتلاف انرژی نیز میشد.
در همین زمان، یکی از مهندسان پروژه که علاقهمند به پرندهنگری بود، متوجه ویژگی خارقالعاده مرغ ماهیخورک شد.
این پرنده هنگام شکار، با سرعت بسیار زیاد وارد آب میشود، اما تقریباً هیچ موج یا پاشش قابل توجهی ایجاد نمیکند.
بررسی دقیق شکل منقار این پرنده، راز این عملکرد را آشکار کرد.
مهندسان دماغه قطار را بر اساس همین ساختار بازطراحی کردند.
نتیجه حیرتانگیز بود:
کاهش محسوس صدای خروج از تونل
افزایش سرعت قطار
کاهش مصرف انرژی
بهبود آیرودینامیک
امروز این پروژه به یکی از موفقترین نمونههای الهام گرفتن فناوری از طبیعت تبدیل شده است.
پشه؛ الهامبخش سوزنهای پزشکی نسل جدید
تقریباً همه انسانها نیش پشه را تجربه کردهاند؛ اما کمتر کسی میداند چرا هنگام فرو رفتن خرطوم پشه، در لحظه اول تقریباً هیچ دردی احساس نمیشود.
خرطوم پشه یک سوزن ساده نیست.
این ساختار از چندین بخش بسیار ظریف تشکیل شده که با حرکات ارتعاشی و لبههای ریز، بهآرامی میان بافت پوست حرکت میکنند و تماس با گیرندههای درد را به حداقل میرسانند.
همین ویژگی باعث شد پژوهشگران نسل جدیدی از سوزنهای پزشکی کمدرد را طراحی کنند.
امروزه بسیاری از پژوهشهای حوزه تزریق بدون درد، نمونهبرداری و میکرونیدلها، از همین ساختار الهام گرفتهاند.
نهنگ گوژپشت؛ معلم مهندسان انرژی
نهنگ گوژپشت با وجود وزن چند ده تنی، توانایی انجام حرکات بسیار سریع و دقیق را دارد.
راز این قابلیت، برآمدگیهای خاصی است که روی لبه بالههای آن دیده میشود.
این برجستگیها جریان آب را به گونهای هدایت میکنند که گردابههای کوچکی ایجاد شده و نیروی بالابر افزایش پیدا میکند.
مهندسان پس از مطالعه این ساختار، آن را در طراحی توربینهای بادی به کار گرفتند.
نتیجه این نوآوری، افزایش راندمان توربینها، بهویژه در سرعتهای پایین باد و کاهش افت عملکرد آنها بود.
—
مارمولک گکو؛ استاد چسبندگی
گکو میتواند روی شیشه، دیوار و حتی سقف حرکت کند، بدون اینکه از هیچ ماده چسبندهای استفاده کند.
راز این توانایی در میلیونها تار میکروسکوپی موجود در کف پای آن نهفته است.
همین ساختار الهامبخش تولید نسل جدیدی از:
چسبهای خشک
رباتهای دیوارنورد
تجهیزات فضایی
ابزارهای پزشکی
شده است.
نیلوفر آبی؛ راز سطوح همیشه تمیز
اگر به برگ نیلوفر آبی نگاه کنید، متوجه میشوید که تقریباً هیچگاه گلآلود باقی نمیماند.
سطح این برگ دارای ساختاری میکروسکوپی است که باعث میشود قطرات آب روی آن غلتیده و ذرات گردوغبار و آلودگی را نیز با خود حمل کنند.
امروزه همین ویژگی در تولید:
شیشههای خودتمیزشونده
رنگهای ضدآلودگی
پارچههای ضدآب
پوششهای صنعتی
مورد استفاده قرار میگیرد.
تار عنکبوت؛ شاهکار مهندسی مواد
تار عنکبوت از نظر وزن، یکی از مقاومترین الیاف طبیعی جهان است.
این رشته نازک، علاوه بر استحکام بالا، انعطاف فوقالعادهای نیز دارد.
پژوهشگران سالهاست تلاش میکنند ساختاری مشابه آن را برای تولید:
نخهای جراحی
جلیقههای محافظ
مواد کامپوزیتی
تجهیزات هوافضا
تولید کنند.
پوست کوسه؛ الگویی برای مبارزه با باکتریها
پوست کوسه دارای شیارهای بسیار ریزی است که مانع چسبیدن جلبکها، میکروبها و بسیاری از موجودات دریایی میشود.
همین ویژگی الهامبخش تولید سطوح آنتیباکتریال در بیمارستانها، تجهیزات پزشکی و حتی بدنه برخی کشتیها شده است.
طبیعت؛ آزمایشگاهی با ۳.۸ میلیارد سال سابقه
اگر یک شرکت فناوری برای توسعه یک محصول جدید چند سال زمان صرف کند، اتفاق بزرگی محسوب میشود.
اما طبیعت، بیش از ۳.۸ میلیارد سال فرصت داشته تا راهحلهای خود را بارها آزمایش کند، شکست بخورد، اصلاح کند و در نهایت به بهترین طراحی ممکن برسد.
به همین دلیل بسیاری از دانشمندان معتقدند آینده فناوری، بیش از آنکه در آزمایشگاهها شکل بگیرد، در مطالعه دقیق طبیعت نهفته است.
هوش مصنوعی، نانوفناوری، پزشکی، معماری، رباتیک، انرژیهای تجدیدپذیر و حتی اکتشافات فضایی، هر روز بیش از گذشته از راهکارهایی استفاده میکنند که میلیونها سال قبل در طبیعت به وجود آمدهاند.
شاید بزرگترین درس طبیعت این باشد که برای ساخت آینده، همیشه لازم نیست چیزی را از نو اختراع کنیم؛ گاهی کافی است با دقت بیشتری به جهان اطرافمان نگاه کنیم، زیرا بسیاری از پاسخها، میلیاردها سال است که روبهروی چشمان ما قرار دارند.