Testowane na zwierzętach

Podziękuj ośmiornicy – to jej zawdzięczasz wieszak z przyssawką czy antypoślizgowy dywanik na dnie wanny. Ale to jeszcze nic...

Testowane na zwierzętach
Dziś naukowcy z osy, jęczmienia i ważki zrobią sondę kosmiczną, a z łapy kota – oponę.

Współczesna technika stanęła na głowie. No bo co wspólnego z nowoczesnością ma kanciasta tropikalna rybka? Ano ma, odpowiadają projektanci Mercedesa, wzorując na niej swoje najnowsze cacko. Architekci nie chcą być gorsi – budują samochłodzące się biurowce wymyślone przez... termity. Lekarze już wkrótce zakleją ci ranę plastrem a la łapa gekona, a wojskowi piloci będą latać jak pelikany.


Wszystko to za sprawą powrotu inżynierów do podpatrywania rozwiązań przyrody. Tak robili pierwsi wynalazcy w historii: toczący się pień mógł zainspirować twórców koła, a śpiące pod śniegiem zwierzęta – budowniczych igloo. Tylko czy w XXI wieku naprawdę musimy cofać cywilizację o całe tysiąclecia? Nikt nie mówi o cofaniu, tylko o odrobinie pokory – współczesna technika rozwija się od jakichś dwóch stuleci. A natura eksperymentuje z różnymi konstrukcjami od kilku miliardów lat. Podglądając ją, dostajemy na tacy najbardziej wydajne i najoszczędniejsze rozwiązania przetestowane w toku ewolucji. – Zamiast ujarzmiać przyrodę, należy ją poznać i naśladować – głosi bionika, zwana też biomimetyką.

Zamieszkaj jak termity
Jedną z klasycznych inspiracji bioniki są lotosy. Mimo że rosną na błotnistych rozlewiskach, ich liście i płatki są zawsze idealnie czyste. Gdy pod mikroskopem przyjrzano się ich powierzchni, okazało się, że jest ona pokryta drobniutkimi włoskami i górkami z wosku. Nie utrzyma się na nich żadna kropla – spłynie, zabierając po drodze drobiny brudu. Efekt lotosu wykorzystano już w farbach tworzących samoczyszczące powłoki, pokrywając odpowiednimi preparatami szyby w budynkach i tworząc mikrostruktury na powierzchni wanien. Niestety, nie da się w ten sposób zabezpieczyć okularów, bo "lotosowa powierzchnia" załamuje światło.
Bionika budynków wykracza jednak daleko poza okna i łazienki. Wystarczy spojrzeć, jak z klimatyzacją i wentylacją radzą sobie afrykańskie termity. Ich siedziby zbudowane z piasku i śliny to w porównaniu z wielkością budowniczych jedne z największych budowli w świecie zwierząt. I bardzo komfortowe. Mimo że temperatura na zewnątrz potrafi- skakać od zera w nocy do 40 stopni w południe, to wewnątrz termitiery panuje stale około 30 stopni. Wszystko dzięki wymuszonemu obiegowi powietrza, które wędruje od wilgotnego dna siedziby ku górze przez specjalne kominy. Takie rozwiązanie skopiowano już w kilku biurowcach i centrach handlowych, między innymi w Zimbabwe i w Anglii.
Z kolei w Szanghaju rozważane jest wzniesienie wizjonerskiej wieży o wysokości ponad 1200 metrów! Niebotyczne rozmiary będą możliwe do osiągnięcia między innymi dzięki powieleniu w wysokościowcu planu budowy pnia cyprysu – koncentrycznie ułożonych wiązek i przestrzeni powietrznych. A także plątaniny korzeni rozchodzących się w różnych kierunkach. Takie rozwiązanie systemu fundamentów bionicznej wieży zwiększy odporność wieżowca na wiatr i trzęsienia ziemi – przekonują architekci.

Jak wychować córkę na kobietę spełnioną?

Autoryba i plaster z gekona
Oczywiście podglądacze natury nie zajmują się jedynie nieruchomościami. Udoskonalają też środki komunikacji. Sztuczną skórą rekina zmniejszającą zawirowania pokrywa się stroje profesjonalnych pływaków, ale także samoloty pasażerskie.
Z kolei bezpieczne poruszanie się po ziemi mogą ułatwić nowoczesne, bioniczne opony – jak te opracowane przez firmę Continental. Ich ogumienie naśladuje zachowanie łap kota, który lądując po skoku lub zatrzymując się w biegu, rozszerza palce. W ten sposób zwiększa się powierzchnia łapy mająca kontakt z podłożem. Podobnie zachowują się opony Continentala, których bieżnik ukształtowano tak, by podczas hamowania lepiej przylegał do drogi. Ale co tam opony – samochody to dopiero pole do popisu dla inżynierów bioników.
W ubiegłym roku świat ujrzał zaskakujący prototyp firmy Mercedes. Model Bionic to na pierwszy rzut oka pokraczne dziwadło. Dokładnie jak jego protoplasta: ryba Ostracion cubicus, po angielsku zwana boxfish, czyli ryba-pudełko. Można by się spodziewać, że bionicy będą wzorowali samochód na jakiejś szybkiej rybie, na przykład tuńczyku czy szczupaku. Tymczasem to Ostracion wygląda jak wzorowana na starej furgonetce... Ale, uwaga, nie dajcie się zwieść wyglądowi! Współczynnik oporu powietrza Mercedesa Bionic to zaledwie 0,19. Dla porównania: Hummer ma współczynnik 0,52, Volkswagen "garbus" – 0,38, a Toyota Prius – 0,26. Bionic jest pod tym względem w najściślejszej czołówce. Przy czym oferuje dużo więcej miejsca niż sportowe pojazdy w kształcie kropli. Na razie Bionic jest jedynie prototypem, ale pokazuje, jak fantastyczne pomysły są testowane w laboratoriach.

Hitem za kilka czy kilkanaście lat może się okazać super-plaster zaprezentowany niecały miesiąc temu w tygodniku "Nature". Jego powierzchnia to wierna kopia stopy gekona – jaszczurki, która potrafi wejść nawet po pionowej szybie. Dzieje się tak dzięki miliardom mikroskopijnych wyrostków na skórze, z których każdy oddziaływuje słabiutkimi siłami z podłożem. Jednak moc łap gekonów słabnie, gdy powierzchnia jest wilgotna. Więc naukowcy z Northwestern University niedaleko Chicago do swojego produktu dołożyli jeszcze substancję klejącą wzorowaną na wydzielinie małży, którą te mięczaki przytwierdzają się do podłoża. W efekcie powstały plastry Geckel, które kleją wszystko – obiekty suche i wilgotne. Można je odklejać i przyklejać ponownie tysiące razy. – Takie plastry mogłyby doskonale chronić nawet duże rany, nie odklejając się podczas kąpieli – powiedział kierujący tym projektem profesor Phillip Messersmith – a po zagojeniu można by je łatwo odkleić.

Osa w kosmosie
Bionika nie jest już dziedziną uprawianą przez grupkę zapaleńców obserwowanych przez pukających się w czoło kolegów. O tym, że podglądanie przyrody traktuje się niezwykle poważnie, mogą świadczyć próby szukania bionicznych rozwiązań w badaniach kosmosu. To zawsze była kuźnia nowych technologii. I zarówno Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), jak i Amerykanie w NASA szukają inspiracji wśród żywych organizmów. Owoce ich pracy potrafią być naprawdę zaskakujące.
Brytyjscy naukowcy mieli na przykład opracować dla ESA nowy rodzaj wiertła i urządzenia do pobierania próbek skał, które mogły-by być montowane na sondach kosmicznych badających asteroidy lub komety. Po długich badaniach i testach opracowali niezwykły prototyp wzorowany na narządzie leśnej osy – trzpiennika sosnowca (Sirex noctilio). Owad ten składa jaja w drewnie, najchętniej sosnowym. Posługuje się przy tym pokładełkiem – długą "kłujką" na odwłoku, którą najpierw wierci otworki w pniu, a potem składa przez nią jaja. Pokładełko tej osy jest zbudowane z dwóch ząbkowanych części, które poruszają się wzdłuż siebie jak dwa ostrza wyrzynarki lub dwie igły w maszynie do szycia. Ale zrobienie otworu w asteroidzie to tylko pierwszy krok. Trzeba jeszcze wydobyć z niej materiał do badań. I tu również skorzystano z mądrości natury.


Brytyjscy naukowcy z uniwersytetów w Surrey i w Bath docenili budowę kłosa jęczmienia. Gdy położycie go na dłoni i będziecie poruszać ręką do przodu i do tyłu, kłos będzie się również przesuwał – ale tylko w jednym kierunku. Drogę w przeciwną stronę uniemożliwia mu układ łusek i włosków. I takie rozwiązanie miałoby wspomagać przesuwanie się pyłu i okruchów pozyskanych przez wzorowane na pokładełku wiertło. Pozostawała jeszcze sprawa napędu całego urządzenia. Brytyjscy bionicy proponują kolejne przyrodnicze rozwiązanie inspirowane mięśniami poruszającymi szczękami ważek. Jest wydajne, wymaga niewielu części i zużywa mało energii. Osa plus jęczmień i ważka równa się kosmiczna wiertarka. Zdumiewające, prawda? A przecież to niejedyny projekt badaczy kosmosu. Fascynująca jest także lektura analiz zespołu szukającego źródeł napędu dla marsjańskich pojazdów. Przyjrzeli się chyba wszystkim sposobom ruchu organizmów na Ziemi: od kroczących i latających owadów, przez dżdżownice, pantofelki, aż po... kiełkujące nasiona.

Postępujmy naturalnie
Przedmiotem badań bioników nie są jedynie konstrukcje wzorowane na przyrodzie, ale także zjawiska zachodzące w naturze i sposoby postępowania istot żywych. Analiza pelikanów lecących w kluczu wykazała na przykład, że ptaki zajmujące dalsze miejsca w grupie mniej się męczą. Czy te rozwiązania aerodynamiczne można by zastosować w przypadku samolotów? Okazuje się, że tak! Badania lecących w szyku odrzutowców dały podobne wyniki. Przy odpowiednim ułożeniu względem siebie myśliwce zużywały o niemal jedną piątą mniej paliwa.
Z powodzeniem naśladuje się także mechanizmy działania samej ewolucji: mutacji i selekcji najlepiej przystosowanych osobników. Tworzymy jakiś projekt, zmieniamy go losowo i sprawdzamy, czy lepiej spełnia swe zadanie od poprzedniej wersji. Jeśli tak – to znowu jakaś mała zmiana i test. Aż do momentu, gdy jakakolwiek modyfikacja pogarsza efekt. Oznacza to, że otrzymaliśmy optymalny produkt. Oczywiście eksperymenty przeprowadza się wirtualnie, za pomocą komputerów. Takie postępowanie nazywa się strategią ewolucyjną. Jej autorem jest Ingo Rechenberg, profesor politechniki w Berlinie. W 1964 roku przeprowadził swój pionierski eksperyment nad nadaniem aerodynamicznego kształtu płytce podzielonej pięcioma zawiasami. Choć możliwych było ponad 300 milionów ustawień takiej- konstrukcji, już po 200 cyklach osiągnięto najbardziej opływowy kształt płytki. Teraz Rechenberg wykorzystuje swoją metodę między innymi do poprawiania własności samolotów, modelowania kształtu soczewek i mostów. Ale strategie ewolucyjne stosuje się dziś w tak różnorodnych dziedzinach jak projektowanie sterowców, zarządzanie projektami biznesowymi czy komponowanie smaku mieszanek kawy.
 
Sami bionicy nie są pewnie w stanie przewidzieć, w jakim kierunku rozwinie się ich dziedzina. Ale jeśli ich poprosić o prognozy – próbują.
W tym roku podczas serii wykładów w Chinach Ingo Rechenberg opowiadał, jak wyobraża sobie technikę w roku 2099. – Samochody zrywane z krzaczków to oczywiście bajka – mówił niemiecki bionik. – Ale myślę, że zamiast wycinać części maszyn z różnych materiałów, wytwarzając przy tym mnóstwo odpadów, będziemy je "hodować" w kontrolowanych procesach. Na podobieństwo uporządkowanego rozrostu beleczek wzmacniających wnętrze kości będziemy potrafili kierować wzrostem elementów rusztowań czy kratownic mostów. Prawdopodobne jest też wykorzystywanie systemów samopowielających i doskonalących się. Znacznie poprawi się wydajność samolotów i statków, w których zostaną użyte liczne rozwiązania znane z budowy delfinów, ptaków drapieżnych czy rekinów. Lepiej więc przestańmy się śmiać z topornego auta-ryby czy osy przerabianej na sondę kosmiczną. To już wkrótce będzie nasza codzienność – wkroczyliśmy w erę bioniki.

Piotr Kossobudzki/ Przekrój

SKOMENTUJ
KOMENTARZE (2)
/9 lat temu
Uważam, że gdyby nie testowano na zwierzętach, to świat byłby bardzo bardzo ubogi w wynalzaki. A artykuł tekst utwierdza mnie w tym przekonaniu. Dobrze, że dajecie od czasu do czasu takie mądre teksty - niektórzy chcą poczytać też coś oprócz sond...
/9 lat temu
Jak zapewne nie zauważyłeś artykuł mówi o naśladowaniu natury a nie o testowaniu kosmetyków (co jest tematem sondy)i jest to zupełnie innym i bardzo kontrowersyjnym zagadnieniem. Uważam ze testowanie kosmetyków na zwierzętach jest okrucieństwem i naukowcy którzy wymyślają różne nieprzydatne rzeczy mogliby zając sie materiałem do testów imitującym ludzką skórę. przyniosłoby to korzyść i naukowcom i zwykłym konsumentom.