Obserwuj i ucz się: Przyroda jako niezrównany architekt

Eiji Nakatsu podszedł do problemu, kierując się zasadami biomimetyki, czyli inspiracji i czerpania rozwiązań technicznych i technologicznych bezpośrednio z przyrody. Natura jest niewyczerpalnym źródłem inspiracji dla człowieka, a biomimetyka i terminy pokrewne jak biomimikra czy bionika, powstały w XX w. W ostatnich latach nauka ta przeżywa swój prawdziwy renesans, głównie dzięki wysiłkom amerykańskiej biolog Janine Benyus (ur. 1958).

Zwykle ludzie, którzy projektują nasz świat, nie mają wykształcenia biologicznego. Wierzcie lub nie, ale nie mają większego pojęcia o działaniu świata, który ich otacza – zwykła mówić. Naukowcy zajmujący się nanotechnologią, robotyką, sztuczną inteligencją, rozwojem przemysłu medycznego i wojskowego, zaczynają kierować swój wzrok w stronę przyrody. Celem nowoczesnych badań jest zaprojektowanie produktów, systemów i funkcjonalnych miast, które będą nie do odróżnienia od świata przyrody.

Cichy łowca

W rozwoju nowej linii kolejowej Shinkansen inżynier Nakatsu inspirował się trzema przedstawicielami królestwa ptaków. Jako amator ornitolog wiedział, że jednymi z najcichszych myśliwych w przyrodzie są sowy, a to dzięki wyjątkowym piórom. Budowa piór sowy oraz śliskiego brzucha pingwina była inspiracją dla inżyniera do regulacji pantografu, urządzenia łączącego pociąg z trakcją elektryczną znajdującą się nad nim. Pędzący pociąg wywoływał drżenie sieci i wywoływał prąd powietrza, co było źródłem hałasu. Ale nadal był problem z tunelami. Kiedy pociąg wjeżdża w wąski tunel z dużą prędkością, powstają fale ciśnienia, które stopniowo nasilają się jak tsunami. Kiedy dotrą do końca tunelu, osiągają prędkość dźwięku i wywołują falę uderzeniową, która wytwarza silny huk i wibracje – wyjaśnił.

W tym temacie nie mogło być lepszego nauczyciela niż zimorodek, ptak, który poluje na zdobycz pod powierzchnią wody. Powietrze stawia niski opór, a woda wysoki. Mimo tego zimorodek podczas manewru pod wodą ledwo ją wzburza. Kształt dzioba ptaka zainspirował ostateczną wersję przodu nowego pociągu. Udoskonalona seria pociągów Shinkansen 500 została puszczona na tory w 1997 r. Były o 10 proc. szybsze, zużywały o 15 proc. mniej prądu, a w obszarach zabudowanych wydawały dźwięk poniżej 70 dB.

Miliony lat prób i błędów

Człowiek jest najbardziej pomysłowym zwierzęciem na świecie. Nauczył się latać, przetrwa w głębinach oceanów, przeżyje na szczytach gór, wytwarza wspaniałe materiały, potrafi rozświetlić mroki nocy, buduje mieszkania dla swoich potomków i ujarzmił energię słoneczną. Jednak to wszystko osiągnęły zwierzęta znacznie wcześniej niż my. Od powstania pierwszej bakterii minęło niesamowitych 3,8 mld lat, w porównaniu z bakteriami człowiek ma zaledwie ok. 200 tys. lat.

Na świecie w którym rządzą surowe reguły ewolucji kierującej się zasadą wyboru naturalnego, nie ma miejsca na żadną pomyłkę i nieefektywne działanie. Przyroda jest leniwa i inteligentna – mówi profesor Sigrid Adrianssens z Princeton – wykorzystuje bardzo mało materiału i umieszcza go we właściwych miejscach. Za przykład może posłużyć badanie struktury kości ptaków, dzięki któremu udało się zmniejszyć o 40 proc. ciężaru/masy z kadłuba i skrzydeł Airbusa.

Bio vs. GMO

Biomimetykę można zastosować na kilka praktycznych sposobów. Po pierwsze, można naśladować kształt konkretnego organizmu, jak zrobił szwajcarski inżynier George de Mestral (1907–1990) po obserwacji ostów, które wplątały się w sierść jego psa. Na ich podstawie opatentował w 1955 r. rzepy pod nazwą Velcro, dzięki czemu zrewolucjonizował przemysł tekstylny. Odkrycie mikrobiologa Russela Rodrigueza z Uniwersytetu w Waszyngtonie ma potencjał rozwiązać problem światowego głodu. Podczas wycieczki do Parku Narodowego w Yellowstone, Rodriguez zauważył roślinę, która pomimo wysokiej temperatury panującej w otoczeniu (ponad 60 st. C) rosła wręcz doskonale. Naukowiec stwierdził, że roślina tak dobrze sobie radzi dzięki symbiotycznemu związkowi z grzybem.

Kiedy Rodriguez zmieszał zarodniki grzyba z ziarnami ryżu, rośliny osiągnęły pięciokrotnie wyższy rozmiar niż klasyczny ryż i do tego zużyły połowę wody. W przeciwieństwie do upraw zmodyfikowanych genetycznie zdolnych wytrzymać susze, eksperymentalne rośliny Rodrigueza radzą sobie z obiema ekstremalnymi konsekwencjami zmiany klimatu, czyli suszą, która nagle potrafi się przerodzić w powódź.

Budowle niczym kopce termitów

W stolicy Zimbabwe, Harare, w 1996 r. otworzono betonowe centrum handlowe Eastgate Centre, które jest uważane za jeden z projektów najbardziej zbliżonych do ideału biomimetyki. Budynek został zaprojektowany w taki sposób, aby do wentylacji i klimatyzacji nie wykorzystywać żadnych sztucznych mechanizmów. Inspiracją dla architektów były afrykańskie termity, które w swoich budowlach wysokich nawet na kilka metrów, utrzymują stałą temperaturę i wilgotność, co jest niezbędne do hodowli grzybów w ich gniazdach, którymi się żywią.

Chociaż temperatury na zewnątrz wahają się od 2 st. C w nocy do 40 st. C w ciągu dnia, w środku temperatura utrzymuje się na stabilnym poziomie 30 st. C. Centrum Eastgate, podobnie jak kopiec termitów, jest doskonale klimatyzowane dzięki sprytnie zaprojektowanych otworach wentylacyjnych. Powietrze dostaje się do budynku na niższych poziomach, przechodzi przez centrum i wydostaje się na zewnątrz przez otwory umieszczone w górnej części. W rezultacie zużywa tylko 10 proc. energii budynku o porównywalnej wielkości.

Doskonałe zarządzanie

Ekosystemy bez wątpienia są doskonałe w jednej rzeczy – nie produkują żadnych odpadów. W pieńku w lesie bytują grzyby, na grzybach ucztują myszy, a na nich jastrzębie. Nic się nie zmarnuje i nic nie istnieje bez przyczyny. To samo chciałaby osiągnąć tzw. gospodarka o obiegu zamkniętym, w którym minimalizuje się zużycie surowców poprzez tworzenie zamkniętej pętli obiegów. Według szacunków do 2050 r. potroi się popyt na towary, który już dziesięć lat temu osiągnął 1,5-krotność ilości, jaką nasza planeta jest zdolna zabezpieczyć przy jednoczesnym przywróceniu zrównoważonego tempa odnowienia.

Gospodarka o obiegu zamkniętym nie dopuszcza do powstania w procesie produkcyjnym jakichkolwiek materiałów ubocznych, które opuszczają fabrykę tylko po to, aby trafić na składowisko śmieci, gdzie nota bene jest większa koncentracja złota niż w kopalniach tego cennego surowca. Sami siebie pozbawiamy cennych materiałów. Kolejną zasadą jest przerobienie zużytego produktu na coś innego. Koncepcja ta została wprowadzona w życie przez francuską firmę motoryzacyjną Renault. Udało im się zmniejszyć zużycie energii i wody o 85 proc., kiedy zamiast produkować nowe części zaczęli naprawić stare.

Autor: Lena Szymańska

Źródło: 21. Wiek

Masz newsa, zdjęcie lub filmik? Prześlij nam przez dziejesie.wp.pl