Să învăţăm din proiectele care se găsesc în natură

„Multe dintre cele mai bune invenţii ale noastre sunt copiate de la alte vieţuitoare sau sunt deja folosite de către ele.“ — Phil Gates, Wild Technology.

DUPĂ cum am arătat în articolul precedent, biomimetica este ştiinţa care are ca obiectiv producerea unor materiale şi a unor mecanisme mai complexe imitând natura. Aceasta îşi fabrică produsele fără să polueze, ele fiind, de obicei, rezistente la şocuri şi uşoare, însă incredibil de tari.

De exemplu, la aceeaşi greutate, osul este mai tare ca oţelul. Care este secretul? El constă, în parte, în forma osului bine proiectată, dar elementul-cheie al acestui secret se găseşte în interiorul osului, la nivel molecular. „Performanţele organismelor vii se datorează modului în care au fost proiectate şi asamblate cele mai mici componente ale lor“, explică Gates. În urma examinării cu mare atenţie a acestor componente minuscule, oamenii de ştiinţă au identificat substanţele care le conferă produselor naturale, de la os până la mătase, acea rezistenţă şi acea greutate mică atât de râvnite. Aceste substanţe descoperite de ei sunt diverse compozite naturale.

Extraordinarele compozite

Compozitele sunt materiale solide care se obţin prin combinarea a două sau mai multe substanţe pentru a forma o nouă substanţă cu proprietăţi superioare celor ale componentelor iniţiale. Un exemplu în acest sens sunt fibrele de sticlă *, un compozit obţinut pe cale sintetică, folosit, în general, la structura ambarcaţiunilor, la vărgile de undiţe, la arcuri, la săgeţi şi la alte articole sportive. Fibrele de sticlă se obţin punând fibre foarte subţiri de sticlă într-un material plastic pentru inserţie (numit polimer), care poate fi lichid sau de consistenţa gelatinei. Când polimerul se întăreşte, adică se leagă, rezultă un compozit uşor, tare şi flexibil. Folosindu-se diverse tipuri de fibre şi de materiale pentru inserţie se poate obţine o mare varietate de produse. Bineînţeles, compozitele obţinute de om în prezent sunt inferioare celor naturale care se găsesc la oameni, animale şi plante.

La oameni şi la animale, în loc de fibre de sticlă sau de carbon, cea care formează baza unor compozite ce conferă tărie pielii, intestinelor, cartilajelor, tendoanelor,  oaselor şi dinţilor (exceptând compozitele din smalţ) este o proteină fibroasă numită colagen. * Într-o lucrare de specialitate, compozitele pe bază de colagen sunt incluse „printre cele mai avansate compozite structurale cunoscute“.

Să luăm, de exemplu, tendoanele, care leagă muşchii de os. Tendoanele sunt extraordinare nu numai datorită rezistenţei fibrelor lor pe bază de colagen, ci şi datorită modului remarcabil în care aceste fibre sunt ţesute împreună. În cartea sa Biomimicry, Janine Benyus scrie referitor la un tendon desfăcut că „este aproape de necrezut cât de mare e precizia sa la toate nivelele. Tendonul din antebraţ este un mănunchi de cabluri răsucite, asemănătoare cablurilor folosite la podurile suspendate. Fiecare cablu este, la rândul lui, un alt mănunchi de cabluri mai subţiri răsucite. Fiecare dintre aceste cabluri mai subţiri este un mănunchi de molecule răsucite, care, bineînţeles, sunt un mănunchi spiralat de atomi răsuciţi. Se poate vedea în repetate rânduri o minunăţie matematică“. Janine spune că acesta este „o remarcabilă realizare inginerească“. Vă surprinde faptul că oamenii de ştiinţă  spun că se inspiră din proiectele care se găsesc în natură? — Compară cu Iov 40:15, 17.

După cum s-a menţionat deja, compozitele obţinute de om sunt inferioare celor din natură. Cu toate acestea, materialele sintetice constituie nişte produse remarcabile. De fapt, ele se numără printre primele zece realizări inginereşti extraordinare din ultimii 25 de ani. De exemplu, compozitele pe bază de fibre de grafit sau de carbon au dus la realizarea unor noi generaţii de componente pentru avioane şi navete spaţiale, de articole sportive, de maşini de Formula 1, de iahturi şi de proteze artificiale uşoare, ca să nu menţionăm decât câteva produse de pe o listă ce devine tot mai lungă într-un ritm rapid.

Uluitoarea şi multifuncţionala grăsime de balenă

Balenele şi delfinii nu-şi dau seama, însă corpul lor este învelit într-un ţesut extraordinar: un anumit fel de grăsime. „Grăsimea de balenă este, probabil, materialul cu cele mai multe funcţiuni pe care îl cunoaştem“, se spune în cartea Biomimetics: Design and Processing of Materials. Explicând motivul, cartea afirmă că această grăsime constituie un uimitor mecanism de flotaţie, care le permite balenelor să se ridice la suprafaţa apei ca să ia aer. Grăsimea le asigură acestor mamifere cu sânge cald o izolaţie excelentă în apele reci ale oceanului. Şi, în plus, este cea mai bună rezervă de hrană din câte există pentru perioadele lungi de migraţie, când balenele parcurg mii de kilometri fără să mănânce nimic. Într-adevăr, la aceeaşi greutate, grăsimea produce de 2–3 ori mai multă energie decât proteinele şi zaharurile.

„Grăsimea de balenă este şi un material foarte elastic, asemănător cauciucului“, se arată în cartea menţionată mai sus. „În prezent suntem de părere că acceleraţia obţinută prin revenirea elastică a grăsimii, care este comprimată şi întinsă la fiecare bătaie a cozii, poate conserva 20% din energia consumată în lungile perioade de înot continuu.“

Grăsimea de balenă a fost utilizată secole la rând, însă numai recent s-a descoperit că aproximativ jumătate din volumul acesteia o constituie o plasă complicată formată din fibre de colagen, în care este înfăşurat fiecare animal. Deşi oamenii de ştiinţă n-au înţeles încă cum anume funcţionează acest amestec de grăsime şi compozit, ei cred că au descoperit un alt produs uluitor care ar putea avea o mulţime de aplicaţii utile dacă ar putea fi produs pe cale sintetică.

Un geniu cu opt picioare în domeniul ingineriei

În ultimii ani, oamenii de ştiinţă au studiat cu mare atenţie şi păianjenul. Ei sunt nerăbdători să înţeleagă cum îşi produce păianjenul mătasea, care este tot un compozit. Este adevărat, foarte multe insecte produc mătase, însă mătasea păianjenului este deosebită. Fiind unul dintre cele mai tari materiale de pe pământ, ea „este un material de vis“, a spus un autor de lucrări ştiinţifice. Mătasea păianjenului este extraordinară, iar lista cu uluitoarele ei proprietăţi vi se poate părea de necrezut.

De ce folosesc oamenii de ştiinţă superlative când descriu mătasea păianjenului?  În afară de faptul că este de cinci ori mai tare ca oţelul, este şi foarte elastică — combinaţie rar întâlnită la materiale. Mătasea păianjenului se întinde cu 30% mai mult decât cel mai elastic nailon. Cu toate acestea, nu vibrează ca o plasă elastică pentru sărituri de la circ, pentru că altfel ar arunca mâncarea păianjenului în aer. „Raportat la scară umană, cu o pânză de păianjen cât o plasă de pescuit s-ar putea prinde un avion de pasageri“, se spune în revista Science News.

Dacă am putea imita măiestria păianjenului în domeniul chimiei — două specii de păianjen pot produce chiar şapte tipuri de mătase —, gândiţi-vă ce am putea face! Centuri de siguranţă mult mai bune, suturi, ligamente artificiale, fire şi cabluri uşoare, precum şi ţesături antiglonţ, acestea fiind doar câteva dintre posibilele utilizări. Oamenii de ştiinţă încearcă să înţeleagă şi în ce mod reuşeşte păianjenul să facă mătasea atât de eficient — fără să folosească vreo substanţă chimică toxică.

Cutii de viteze şi motoare cu reacţie în natură

În prezent, cutiile de viteze şi motoarele cu reacţie ţin lumea în mişcare. Dar ştiaţi că natura ne-a luat-o înainte şi în acest domeniu? Să luăm, de exemplu, cutia de viteze. Aceasta vă permite să schimbaţi treptele de viteze la maşina voastră astfel încât să puteţi folosi motorul maşinii în modul cel mai eficient. Cutia de viteze din natură face acelaşi lucru, cu deosebirea că nu face legătura între motor şi roţi. Ea leagă în schimb aripile între ele! Şi unde o putem vedea? La banala muscă-de-casă! Musca are un schimbător de viteze în trei  trepte, legat la aripi, care îi permite să schimbe vitezele în timpul zborului!

Calmarul, caracatiţa şi nautilul sunt dotaţi cu un fel de propulsie cu jet, care face posibilă înaintarea lor în apă. Oamenii de ştiinţă se uită la aceste „motoare cu reacţie“ cu invidie. De ce? Deoarece sunt realizate din componente moi, care nu se rup; pot rezista la mari adâncimi şi funcţionează eficient, fără să facă zgomot. De fapt, când este urmărit de peşti răpitori, un calmar se poate deplasa cu o viteză de până la 32 km/h, „sărind uneori afară din apă până pe puntea navelor“, precizează cartea Wild Technology.

Într-adevăr, dacă stăm câteva clipe şi ne gândim la lumea naturală care ne înconjoară nu putem decât să ne simţim cuprinşi de admiraţie şi apreciere. Natura este cu adevărat o enigmă vie, care ne face să ne punem întrebări una după alta: Ce substanţe chimice uimitoare aprind strălucitoarea lumină rece a licuricilor şi a unor alge? Cum reuşesc unele specii arctice de peşti şi de broaşte să devină din nou active după ce au stat o iarnă întreagă îngheţate tun? Cum pot sta balenele şi focile sub apă mult timp fără să aibă aparat respirator? Şi cum pot ele să se scufunde de repetate ori la mari adâncimi fără să aibă boala de decompresiune bruscă, sau boala scafandrilor, cum mai este ea, în general, cunoscută? Cum reuşesc cameleonii şi sepiile să-şi schimbe culoarea pentru a nu se deosebi de mediul lor? Cum pot păsările colibri să traverseze Golful Mexic consumând mai puţin de 3 grame de „combustibil“? Se pare că lista cu întrebări ar putea continua la nesfârşit.

Într-adevăr, omul nu poate decât să privească şi să se minuneze. Oamenii de ştiinţă sunt cuprinşi de o admiraţie „care se apropie de veneraţie“ când studiază natura, se spune în cartea Biomimicry.

 În spatele acestor proiecte se află un Proiectant!

Michael Behe, conferenţiar universitar de biochimie, a afirmat că ultimele descoperiri referitoare la celula vie au făcut să se audă „un strigăt puternic, clar, care spune «proiect!»“. El a adăugat că acest rezultat al eforturilor depuse pentru a studia celula „este atât de clar şi atât de semnificativ, încât trebuie să fie catalogat drept una dintre cele mai mari realizări din istoria ştiinţei“.

Este lesne de înţeles că dovezile referitoare la existenţa unui Proiectant le creează probleme celor care susţin teoria evoluţiei, întrucât această teorie nu poate oferi o explicaţie pentru complicatele proiecte care stau la baza fiinţelor vii, mai ales pentru cele de la nivel celular şi molecular. „Există motive care ne constrâng să credem că explicaţia darwiniană referitoare la mecanismele vieţii se va dovedi pentru totdeauna nefondată“, declară Michael Behe.

Pe timpul lui Darwin se credea că celula vie — care stă la baza vieţii — este simplă, iar teoria evoluţiei a fost elaborată într-o epocă de ignoranţă relativă. Însă de atunci ştiinţa a progresat. Biologia moleculară şi biomimetica au dovedit în mod indiscutabil că celula este un sistem extraordinar de complex, având la bază o mulţime de proiecte perfecte, admirabile, care fac ca mecanismele interne ale celor mai sofisticate maşini şi aparate construite de om să pară nişte jucării în comparaţie cu celula.

Aceste remarcabile proiecte ne duc spre o concluzie logică, şi anume „că viaţa a fost proiectată de un agent inteligent“, declară profesorul Behe. Aşadar, n-ar fi logic să credem că acest Agent are şi un scop, un scop referitor şi la oameni? Dacă da, care este acest scop? Putem afla mai multe lucruri despre Proiectantul nostru? Aceste întrebări importante se vor analiza în următorul articol.

[Note de subsol]

[Chenarul de la pagina 5]

O muscă dispărută ajută la îmbunătăţirea panourilor solare

În timp ce vizita un muzeu, un om de ştiinţă a văzut câteva imagini ale unei muşte dispărute, conservate în chihlimbar, se spune într-un articol publicat în revista New Scientist. El a observat că ochii insectei prezentau mai multe reţele şi a bănuit că acestea au ajutat-o, probabil, să capteze mai multă lumină, mai ales când lumina cădea sub unghiuri de incidenţă foarte mari. Împreună cu alţi cercetători a efectuat câteva experimente, iar bănuielile le-au fost confirmate.

Oamenii de ştiinţă şi-au propus imediat să încerce să realizeze acelaşi tip de reţele pe sticla panourilor solare. Prin aceasta, ei speră ca panourile solare să genereze mai multă energie. În plus, ar putea fi eliminate sistemele de urmărire foarte costisitoare, care în prezent sunt necesare pentru a îndrepta panourile solare mereu spre soare. Panouri solare mai bune ar putea însemna mai puţini combustibili fosili şi, prin urmare, mai puţină poluare — obiectiv care merită să fie atins. În mod clar, descoperirile de acest gen ne ajută să apreciem faptul că natura este o adevărată sursă de proiecte remarcabile, care aşteaptă doar să fie descoperite, înţelese şi, când este posibil, copiate pentru a li se da întrebuinţări utile.

[Chenarul de la pagina 6]

Recunoaşterea meritelor

În 1957, inginerul elveţian George de Mestral a remarcat că micuţii scai prinşi bine de hainele lui erau acoperiţi cu cârlige micuţe. El a studiat aceşti scai şi cârligele lor şi, nu după mult timp, mintea lui creatoare s-a dezlănţuit. Timp de opt ani a lucrat pentru a produce pe cale sintetică ceva asemănător scaiului. Invenţia sa a avut un succes răsunător, materialul fiind în prezent cunoscut sub numele de Velcro.

Gândiţi-vă cum s-ar fi simţit George de Mestral dacă lumea ar fi spus că materialul Velcro nu a fost inventat de cineva, ci că a apărut aşa, întâmplător, în urma unei serii de mii de accidente care a avut loc într-un atelier. Cu siguranţă că, dacă vrem să fim corecţi, trebuie să recunoaştem meritele. Inventatorilor li se brevetează invenţiile, aceasta fiind o recunoaştere a meritelor lor. Da, se pare că oamenii merită să fie apreciaţi, să primească recompense băneşti şi chiar să fie lăudaţi pentru creaţiile lor, care, de cele mai multe ori, sunt nişte imitaţii inferioare a ceea ce găsim în natură. N-ar trebui oare ca şi Creatorului nostru înţelept să-i fie recunoscute meritele pentru originalele sale perfecte?

[Legenda ilustraţiei de la pagina 5]

La aceeaşi greutate, osul este mai tare ca oţelul

[Provenienţa ilustraţiei]

Anatomie du gladiateur combattant. . . . Paris, 1812, Jean-Galbert Salvage

[Legenda fotografiei de la pagina 7]

Grăsimea de balenă asigură flotabilitatea, este un izolant caloric şi o rezervă alimentară

[Provenienţa fotografiei]

© Dave B. Fleetham/ Visuals Unlimited

[Legenda fotografiei de la pagina 7]

Pielea crocodilului şi a aligatorului poate face să ricoşeze suliţele, săgeţile şi chiar gloanţele

[Legenda fotografiei de la pagina 7]

Mătasea păianjenului este de cinci ori mai tare ca oţelul, însă foarte elastică

[Legenda fotografiei de la pagina 8]

Creierul ciocănitorii este protejat de un os cu o densitate foarte mare, care acţionează ca un amortizor de şocuri

[Legenda fotografiei de la pagina 8]

Cameleonii îşi schimbă culoarea pentru a nu se deosebi de mediul lor

[Legenda fotografiei de la pagina 8]

Nautilul are nişte camere speciale care îi asigură o flotabilitate reglabilă

[Legenda fotografiei de la pagina 9]

Colibriul-cu-gât-rubiniu parcurge în zbor aproape 1 000 de kilometri consumând mai puţin de 3 grame de „combustibil“

[Legenda fotografiei de la pagina 9]

Sepia foloseşte un tip de propulsie cu jet

[Legenda fotografiei de la pagina 9]

Nişte substanţe chimice uimitoare aprind strălucitoarea lumină rece a licuricilor

[Provenienţa fotografiei]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited