از طبیعت چه می‌آموزیم؟
از طبیعت چه می‌آموزیم؟
«اما حال از جانوران بپرس تا تو را بیاموزند، و از پرندگان آسمان، تا به تو بگویند؛ با زمین سخن بگو تا تعلیمت دهد، و بگذار ماهیان دریا به تو خبر رسانند.»—ایّوب ۱۲:۷، ۸.
در سال‌های اخیر، محققان و مهندسان رشته‌های مختلف، به مفهوم واقعی کلمه از جانوران و گیاهان تعلیم گرفته‌اند. آنان با هدف طراحی محصولات جدید و بهبود تکنولوژی‌های موجود، طرح‌ها و ویژگی‌های انواع موجودات را مطالعه و از آنها الگوبرداری می‌کنند. این رشتهٔ تحقیقاتی به بیومیمِتیک معروف است. هنگام بررسی نمونه‌هایی که در ادامهٔ این مقاله آمده است از خود بپرسید، ‹حقیقتاً چه کسی را باید برای این طراحی‌ها تحسین کرد؟›
درس‌هایی از باله‌های نهنگ
طراحان هواپیما می‌توانند از نهنگ گوژپشت درس‌های بسیاری بیاموزند. وزن یک نهنگ بالغ حدود ۳۰ تن است؛ یعنی به اندازهٔ کامیونی پر از بار. این حیوان همچنین بدنی تقریباً خشک و انعطاف‌ناپذیر و باله‌هایی بزرگ همچون بال هواپیما دارد و با وجود ۱۲ متر طول، بسیار چابک و تیزرو است. برای مثال، نهنگ گوژپشت برای شکار جانوران سخت‌پوست و ماهی‌ها با حرکتی مارپیچی از پایین به طرف بالا می‌آید و حلقه‌ای از حباب‌ها ایجاد می‌کند. این حلقهٔ حباب‌ها که قطر آن حداقل یک متر و نیم است، مثل توری غذای نهنگ را جمع می‌کند و به سطح آب می‌آورد. سپس نهنگ به‌راحتی می‌تواند از این سفرهٔ غذای خود لذّت ببرد.
آنچه بیش از هر چیز محققان را شگفت‌زده کرده است، این است که چگونه این حیوان با بدنی خشک و انعطاف‌ناپذیر می‌تواند در شعاعی کوچک چنان حرکت مارپیچی بکند که انجام آن به نظر غیرممکن است. محققان پی برده‌اند که راز چابکی نهنگ در شکل باله‌های آن است. جلوی باله‌های این نهنگ مانند بال هواپیما صاف نیست، بلکه دارای یک ردیف برجستگی است.
همچنان که نهنگ آب را می‌شکافد و به جلو می‌رود، این برجستگی‌ها نیروی بالابرندهٔ باله‌ها را افزایش می‌دهد، همچنین از مقاومت آب می‌کاهد. چگونه؟ مجلّهٔ نچرال هیستوری توضیح می‌دهد که این برجستگی‌ها باعث می‌شود که آب به صورت چرخشی و یکنواخت روی باله‌ها حرکت کند و این امر حتی زمانی که نهنگ با زاویه‌ای تند به طرف بالا حرکت می‌کند نیز صدق می‌کند. اگر باله‌های نهنگ فاقد این برجستگی‌ها بود، نمی‌توانست با چنین زاویهٔ تندی به سمت بالا بچرخد، چون آب پشت باله‌ها کف می‌کرد و نیروی بالابرندهٔ باله‌ها را از بین می‌برد.
این کشف چه کاربرد عملی‌ای دارد؟ بال‌های هواپیمایی که با این طرح ساخته شده باشد، ظاهراً نیاز کمتری به فلَپ‌ها و بخش‌های مکانیکیِ دیگر برای تغییر جریان هوا دارد. در نتیجه تعمیر چنین هواپیمایی ساده‌تر و پرواز با آن نیز امن‌تر خواهد بود. یک متخصص بیومکانیک به نام جان لانگ معتقد است که به‌زودی «روی بال‌های همهٔ هواپیماهای مسافربری برجستگی‌هایی مثل برجستگی‌های باله‌های نهنگ گوژپشت خواهیم دید.»
تقلید از بال‌های مرغ دریایی
در کل طرح بال همهٔ هواپیماها تقلیدی از بال پرندگان است. اما اخیراً محققان این الگوبرداری از طبیعت را به مرحله‌ای بالاتر برده‌اند. به گزارش مجلّهٔ نیو سایِنتیست «محققان دانشگاه فلوریدا پهبادی با کنترل از راه دور ساخته‌اند که قادر است همچون مرغ دریایی خود را در هوا ثابت نگاه دارد، همچنین به‌سرعت شیرجه زند یا اوج گیرد.»
چابکی مرغ دریایی به این دلیل است که بال‌هایش را نه تنها از مفصل شانه، بلکه از آرنج نیز حرکت می‌دهد و محققان این انعطاف‌پذیری بال‌های مرغ دریایی را الگوبرداری کرده‌اند. به نوشتهٔ مجلّهٔ ذکرشده در بالا: «این پهبادِ ۶۱ سانتی‌متری دارای موتورهایی کوچک است که از طریق میله‌هایی فلزی بال‌ها را به حرکت در می‌آورد.» این طراحی خلاقانهٔ بال‌ها، به پهباد این امکان را داده است که هنگام پرواز خود را میان ساختمان‌های بلند در هوا ثابت نگه دارد یا به‌سرعت پایین بیاید. نیروی هوایی ارتش آمریکا بسیار علاقه‌مند است که چنین پهبادهایی را به دلیل قدرت مانور بالایی که دارند، برای ردیابی سلاح‌های شیمیایی و بیولوژیکی در شهرهای بزرگ مورد استفاده قرار دهد.
الگوبرداری از پاهای مارمولک
حیوانات خشکی هم چیزهای زیادی به ما می‌آموزند. برای مثال، مارمولک کوچکی با نام گِکو قادر است روی دیوار و حتی روی سقف بدود. حتی در دوران کتاب مقدّس هم مردم با توانایی شگفت‌انگیز این حیوان آشنا بودند. (امثال ۳۰:۲۸، ترجمهٔ قدیم) چگونه این موجود کوچک می‌تواند بر نیروی جاذبه غلبه کند؟
پاهای گِکو پوشیده از تارهای ریزی است که این مارمولک را قادر می‌سازد حتی روی سطوح صاف، مانند شیشه حرکت کند. گِکو برای این کار چسبی از پاهای خود ترشح نمی‌کند، بلکه از جاذبهٔ مولکولی استفاده می‌کند. این نیرو که بسیار ضعیف است به قوّهٔ واندِروالسی معروف است و چسبندگی‌ای بین دو سطح به وجود می‌آورد. معمولاً نیروی جاذبه بر این نیرو غلبه می‌کند و به خاطر همین است که ما نمی‌توانیم تنها با قرار دادن کف دست‌هایمان روی دیوار از آن بالا برویم. اما تارهای ریز روی پاهای گِکو سطح تماس را بالا می‌برند. تعداد این تارها که به هزاران عدد می‌رسد، قوّهٔ واندِروالسی را به حدّی بالا می‌برد که می‌تواند وزن این مارمولک کوچک را تحمّل کند.
این کشف چه کاربردی می‌تواند داشته باشد؟ با الگوبرداری از پاهای گِکو می‌توان موادی ساخت که مانند نوار به‌هم‌چسب وِلکرو عمل کند. * در مجلّهٔ اکونمیست محققی می‌گوید که می‌توان از این مواد برای کاربردهای پزشکی استفاده کرد، به خصوص در جاهایی که چسب‌های شیمیایی غیرقابل استفاده هستند.
چه کسی درخور تمجید است؟
سازمان ملی هوانوردی و فضایی (ناسا) روی روباتی چندپا کار می‌کند که می‌تواند همچون عقرب حرکت کند. محققانی در فنلاند موفق شده‌اند تراکتوری شش‌پا بسازند که قادر است همچون حشره‌ای غول‌پیکر از موانع عبور کند. برخی محققان نیز پارچه‌هایی با پرّه‌هایی روی آن ساخته‌اند که همچون میوهٔ کاج با رطوبت هوا باز و بسته می‌شود. یک کارخانهٔ خودروسازی، روی طرح خودرویی کار می‌کند که از بدن جعبه‌ماهی به خاطر آیرودینامیک بودن آن الگوبرداری شده است. محققانی نیز برای ساختن پوشش‌های زره‌ای سبک‌تر و مقاوم‌تر از ویژگی خاص نوعی صدف دریایی به نام آبالون استفاده کرده‌اند.
شمار ایده‌های فوق‌العاده در طبیعت به قدری زیاد است که محققان، کاتالوگی تهیه کرده‌اند که تا کنون هزاران سیستم بیولوژیکی در آن درج شده است. در مجلّهٔ اکونمیست آمده است که دانشمندان برای یافتن «راه‌حلی در طبیعت جهت رفع مشکلات طرح‌های خود» می‌توانند به این کاتالوگ رجوع کنند. سیستم‌های موجود در این کاتالوگ دارای حق انحصاری خاصّی به نام «حق انحصاری بیولوژیکی» است. حق انحصاری اغلب به یک شخص یا یک شرکت تعلّق دارد که ایده یا دستگاهی را به ثبت رسانده است. مجلّهٔ اکونمیست در مورد این کاتالوگ می‌گوید: «محققان با به کار بردن عبارت ‹حق انحصاری بیولوژیکی› برای این طرح‌های خلاقانهٔ بیومیمِتیک در واقع روشن می‌سازند که حق انحصاری آنها به طبیعت تعلّق دارد.»
چگونه طبیعت به چنین ایده‌های فوق‌العاده‌ای دست یافته است؟ بسیاری از محققان این طرح‌های خلاقانهٔ موجود در طبیعت را به میلیون‌ها سال آزمون و خطای تکامل نسبت می‌دهند. البته محققانی نیز هستند که به نتیجه‌ای دیگر رسیده‌اند. در سال ۲۰۰۵ میکروب‌شناسی به نام مایکل بیهی در روزنامهٔ نیویورک تایمز چنین نوشت: «وقتی چیزی بدیهی است، نباید آن را انکار کرد. در پس طرح‌های طبیعت نیز نظم حساب‌شده‌ای دیده شود که نباید آن را انکار کرد.»
شکی نیست مهندسی که طرح بال هواپیمایی امن‌تر می‌ریزد یا مخترعی که پارچه‌ای باکیفیت و نرم طراحی می‌کند یا مهندسی که موتوری با کارآیی بالاتر طرح می‌ریزد، شایستهٔ تعریف و تمجید است. اما اگر سازنده‌ای طرحی را که متعلّق به او نیست، استفاده کند و اذعان نکند که آن طرح به شخصی دیگر تعلّق دارد، مجرم شناخته می‌شود.
حال به این نکته توجه کنید: محققان باتجربه اغلب برای رفع اشکالات فنی بزرگ، از سازوکارهای موجود در طبیعت بهره می‌گیرند و آنها را به شکلی ابتدایی و ناشیانه تقلید می‌کنند و آن سازوکارهای پیچیده را حاصل تکامل غیرهوشمند می‌دانند. اگر الگوبرداری از یک طرح به طراحی هوشمند نیاز دارد، طرح اصلی چطور؟ به‌راستی چه کسی را باید بیشتر تمجید کرد، استاد را یا شاگردانی که سعی می‌کنند طرح‌های او را تقلید کنند؟
نتیجه‌ای منطقی
بعد از بررسی همهٔ این موارد که گواهی بر وجود طراحی هوشمند است، بسیاری با سخنان مزمورنویس موافقند که می‌گوید: «ای خداوند، کارهای تو چه بسیار است! آنها را جملگی به حکمت خویش به عمل آورده‌ای! زمین از مخلوقات تو آکنده است!» (مزمور ۱۰۴:۲۴) پولُس رسول، یکی دیگر از نویسندگان کتاب مقدّس به همین نتیجه رسید و نوشت: «صفات نادیدنی خدا، حتی قدرت ابدی و الوهیّت او از زمان آفرینش دنیا به‌روشنی قابل مشاهده بوده است و همگان می‌توانند از طریق آنچه آفریده شده است، آنها را دریابند.»—رومیان ۱:۱۹، ۲۰.
با این حال، بسیاری از افراد صادق که برای کتاب مقدّس ارزش قائلند و به خدا نیز اعتقاد دارند، بر این باورند که خدا از طریق تکامل شگفتی‌های طبیعت را خلق کرده است. اما کتاب مقدّس در این مورد چه می‌گوید؟
[پاورقی]
^ بند 15 وِلکرو از خاصیت قلاب-حلقه برای اتصال استفاده می‌کند، خاصیتی که از تخم‌های گیاه باباآدم الهام گرفته است.
[نکتهٔ برجسته‌شده]
چگونه طبیعت به چنین ایده‌های فوق‌العاده‌ای دست یافته است؟
[نکتهٔ برجسته‌شده]
حق انحصاری طرح‌های موجود در طبیعت به چه کسی تعلّق دارد؟
[کادر/تصویر]
اگر الگوبرداری از یک طرح به طراحی هوشمند نیاز دارد، طرح اصلی چطور؟
این هواپیما که بال‌های آن از بال‌های مرغ دریایی الگوبرداری شده است، می‌تواند به‌سرعت تغییر مسیر دهد
پاهای مارمولک گِکو هرگز کثیف نمی‌شود، همچنین جای پا به جا نمی‌گذارد، به هر سطحی غیر از تفلون می‌چسبد و با نیروی کمی پای خود را از هر سطحی جدا می‌کند. محققان تلاش می‌کنند از پاهای مارمولک الگوبرداری کنند.
خودرویی با طرح بدن جعبه‌ماهی بسیار آیرودینامیک است
[صاحب امتیاز]
;Airplane: Kristen Bartlett/University of Florida
;gecko foot: Breck P. Kent
box fish and car: Mercedes-Benz USA
[کادر/تصویر]
توانایی شگفت‌انگیزی در مسیریابی!
بسیاری از موجودات زنده به نحوی شگفت‌انگیز و غریزی قادرند مسیر خود را روی کرهٔ زمین پیدا می‌کنند. (امثال ۳۰:۲۴، ۲۵) به دو نمونه توجه کنید.
▪ کنترل ترافیک در میان مورچه‌ها چگونه مورچه‌های کارگر راه بازگشت به لانه را پیدا می‌کنند؟ محققانی در انگلستان کشف کرده‌اند که بعضی از مورچه‌ها به غیر از نشانه‌گذاری بویایی، از الگوهای هندسی برای مسیریابی استفاده می‌کنند. برای مثال، در مجلّهٔ نیو سایِنتیست آمده است که مورچه‌های فرعون «از لانهٔ خود راه‌هایی با انشعاب‌های مختلف درست می‌کنند که در هر انشعاب دو راه با زاویهٔ بین ۵۰ تا ۶۰ درجه از هم جدا می‌شوند.» نکتهٔ جالب‌توجه در مورد این رفتار مورچه‌ها چیست؟ وقتی مورچه‌ای هنگام بازگشت به لانه به یکی از این انشعاب‌ها می‌رسد، از روی غریزه مسیری را انتخاب می‌کند که کمترین انحراف را به سمت جلو دارد و در نتیجه حتماً او را به لانه می‌رساند. در همان مقاله آمده است: «زاویهٔ انشعاب مسیرها در شبکهٔ راه‌های حرکت مورچه‌ها، به‌خصوص وقتی تعداد زیادی مورچه در مسیری دوطرفه حرکت می‌کنند، نظم بیشتری ایجاد می‌کند و مانع به هدر رفتن انرژی هر یک از مورچه‌ها می‌شود.»
▪ قطب‌نمای پرندگان بسیاری از پرندگان در مسیرهای طولانی و در شرایط آب‌وهوایی مختلف، قادرند مسیر خود را با دقتی بالا دنبال کنند. چگونه؟ محققان کشف کرده‌اند که پرندگان می‌توانند میدان مغناطیسی زمین را حس کنند. اما به گفتهٔ مجلّهٔ سایِنس «قدرت میدان مغناطیسی زمین در جاهای مختلف متفاوت است و همیشه جهت شمال واقعی را نشان نمی‌دهد.» چه چیزی به پرندگان کمک می‌کند که از مسیرشان منحرف نشوند؟ ظاهراً پرندگان هر روز قطب‌نمای خود را مطابق غروب آفتاب تنظیم می‌کنند. از آنجایی که مکان غروب آفتاب با عرض جغرافیایی و فصل تغییر می‌کند، محققان به این نتیجه رسیده‌اند که پرندگان احتمالاً قادرند با کمک ساعت بیولوژیکی بدن خود که فصل‌های سال را به آنها نشان می‌دهد، قطب‌نمای خود را به‌دقت تنظیم کنند.
چه کسی مورچه‌ها را با درک زوایای هندسی آشنا کرده است؟ یا چه کسی به پرندگان قطب‌نما، ساعت بیولوژیکی و مغزی برای استفاده از این ابزارها داده است؟ تکاملی غیرهوشمند؟ یا آفریدگاری هوشمند؟
[صاحب امتیاز]
2004 E.J.H. Robinson ©