بیومیمتیک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

زیست تقلید،[۱] تقلید از مدلها، سیستمها و عناصر طبیعت با هدف حل مشکلات پیچیده انسان است.[۲] در حقیقت اساس این علم مدلهای طبیعی بیولوژیکی است که با مطالعه فیزیولوژی آنها می‌توانیم سیستمهای مدرن تکنولوژیک را طراحی کرده و بسازیم.

ساختارها و مواد با سازگاری مناسب در موجودات زنده در طول زمان از طریق انتخاب طبیعی تکامل یافته‌اند. علم زیست تقلید منجر به ایجاد فناوری‌های جدید با الهام از راه حل‌های زیستی در اندازه‌های کلان و نانو شده‌است. انسان‌ها برای پاسخ به مشکلات خود به طبیعت نگاه کرده و الهام می‌گیرند. طبیعت مشکلات مهندسی مانند توانایی‌های ترمیمی، تحمل و مقاومت در محیط زیست‌های مختلف، آبگریزی و بهره‌برداری از انرژی خورشیدی را حل کرده‌است.

امروزه همه اختراعات بشر را می‌توان به نوعی بهره گرفته از مدلهای زنده دانست. کامپیوترها و روباتهای دستیار که رفته رفته جای انسان را گرفته‌اند با توجه به مطالعه بر روی ساختارهای زیستی ساخته شده‌اند. طراحی هواپیما بر اساس ساختار بدن پرندگان، ساخت زیردریایی از روی ساختار دلفین‌ها یا ساخت رادارها با توجه به سیستم راداری خفاش‌ها مثالهایی از علم بیوممتیک یا بیونیک (Bionic) می‌باشند.[۳][۴]

تاریخچه[ویرایش]

یکی از نمونه‌های اولیه زیست تقلید، مطالعه پرندگان برای ایجاد توانایی پرواز در انسان بود. لئوناردو دا وینچی (۱۴۵۲–۱۵۱۹) اگر چه هرگز در اختراع یک «ماشین پرنده» موفق نبود، اما یک ناظر زیرک در بررسی آناتومی و نحوه پرواز پرندگان بود و یادداشت‌ها و طرح‌های متعددی از مشاهدات خود و همچنین طرح‌هایی از «ماشین پرواز» را ساخته بود. اولین هواپیما که توسط برادران رایت ساخته شد الهام گرفته از مشاهدات کبوتران در حال پرواز بود.[۵]

علم زیست تقلید توسط فیزیکدان و دانشمند آمریکایی بنام اتو اسمیت در دههٔ ۱۹۵۰ در حین مطالعه بر روی اعصاب ماهی مرکب ابداع شد،[۶][۷] و واژه زیست تقلید در سال ۱۹۷۴ به لغت نامه راه یافت.

کاربردهای تجاری[ویرایش]

کانی سازی بیومورفیک (Biomorphic mineralization)، تکنیکی است که در آن مواد با شکل و ساختاری شبیه به موجودات زنده طبیعی با استفاده از ساختارهای زیستی (به عنوان الگو)، تولید می‌شوند. در مقایسه با روش‌های دیگر تولید مواد، کانی سازی بیومورفیک آسان، سازگار با محیط زیست و اقتصادی است.[۸] فناوری صفحه نمایش (Mirasol) بر اساس خواص بازتابی بال پروانه مورفو توسط شرکت کوالکام در سال ۲۰۰۷ به صورت تجاری وارد بازار گردید. این فناوری با استفاده از تلفیق تداخل امواج (Interferometric Modulation)، نور را به صورتی بازتاب می‌کند که تنها یک رنگ دلخواه در هر یک از پیکسل‌های صفحه نمایش قابل مشاهده باشد.[۹]

کاربردهای احتمالی آینده[ویرایش]

زیست تقلید در آینده در بسیاری از زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل پیچیدگی سیستم‌های زیستی، تعداد پارامترهای بسیاری ممکن است مورد تقلید قرار گیرند. کاربردهای زیست تقلید در مراحل مختلف توسعه از فناوری‌هایی که قادر به تجاری شدن می‌باشند تا مدل‌های پیش الگو و نمونه‌های اولیه را شامل می‌شود.[۱۰]

به عنوان مثال محققان با الهام از ساختار تپهٔ موریانه‌های آفریقایی توانستند ساختمانی را طراحی نموده که تنها با استفاده از ده درصد انرژی معمول، فعالیت تهویه و خنک نگهداشتن ساختمان را به درستی انجام دهد.

صدف‌های دریایی با استفاده از پروتئین‌های موجود در پاهای رشته مانند خود در هنگام جذر و مد به سنگهای دریا متصل باقی می‌مانند. این پروتئین‌ها دارای ترکیب خاصی از آمینواسیدهای مختلف می‌باشند که برای چسبندگی انطباق یافته‌اند. مهندسان با شناسایی و استفاده از این پروتئین‌ها قادر به تولید چسب ضدآب خواهند شد.[۱۱]

مهندسین همچنین به فکر استفاده از ابریشم تار عنکبوت به منظور طراحی چتر نجات، کابل پلهای معلق و رباط مصنوعی در کاربرد پزشکی هستند.[۱۲] تحقیقات دیگر مطرح شده شامل تولید ساخت سلولهای خورشیدی الهام گرفته از ساختار برگ، تولید پارچه‌های شبیه‌سازی شده از پوست کوسه و برداشت آب از مه مانند یک سوسک می‌باشد.[۱۳]

رنگ آبی با طراوت و شاداب پروانه مورفو به دلیل رنگ آمیزی ساختاری آن است. بالهای پروانه‌های مورفو دارای میکروساختارهایی هستند که پدیدهٔ رنگی خود را از طریق رنگ آمیزی ساختاری و نه از طریق رنگدانه‌ها خلق می‌کنند. امواج نوری ورودی در طول موجهای خاصی بازتاب می‌شوند تا رنگهای شادی را براساس تداخل چند لایه ای ایجاد کنند.

طراحی یک ماشین پرواز دارای بال توسط لئوناردو دا وینچی بر اساس بال خفاش

منابع[ویرایش]

  1. «زیست‌تقلید» [نانوفنّاوری] هم‌ارزِ «biomimetics»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی و زیر نظر غلامعلی حداد عادل، «فارسی»، در دفتر سیزدهم، فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان، تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی (ذیل سرواژهٔ زیست‌تقلید) 
  2. 1. Vincent, Julian F. V. ; et al. (22 August 2006). "Biomimetics: its practice and theory". doi:10.1098/rsif.2006.0127. Retrieved 7 April 2015.
  3. 2. Mary McCarty. "Life of bionics founder a fine adventure". Dayton Daily News, 29 January 2009.
  4. 3. Romei, Francesca (2008). Leonardo Da Vinci. The Oliver Press. p. 56. ISBN: 978-1-934545-00-3.
  5. 4. Howard, Fred (1998). Wilbur and Orville: A Biography of the Wright Brothers. Dober Publications. p. 33. ISBN: 978-0-486-40297-0.
  6. 5. Vincent, Julian F.V. ; Bogatyreva, Olga A. ; Bogatyrev, Nikolaj R. ; Bowyer, Adrian; Pahl, Anja-Karina (21 August 2006). "Biomimetics: its practice and theory". Journal of The Royal Society Interface. 3 (9): 471–482. doi:10.1098/rsif.2006.0127. PMC 1664643. PMID 16849244.
  7. 6. "Otto H. Schmitt, Como People of the Past". Connie Sullivan, Como History Article.
  8. 7. Tong-Xiang, Suk-Kwun, Di Zhang. "Biomorphic Mineralization: From biology to materials." State Key Lab of Metal Matrix Composites. Shanghai: Shanghai Jiaotong University , n.d. 545-1000.
  9. 8. Cathey, Jim (7 January 2010). "Nature Knows Best: What Burrs, Geckos and Termites Teach Us About Design". Qualcomm. Retrieved 24 August 2015.
  10. 9. Bharat Bhushan (15 March 2009) Biomimetics: lessons from nature–an overview http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/367/1893/1445.
  11. 10. Seo, Sungbaek; Das, Saurabh; Zalicki, Piotr J. ; Mirshafian, Razieh; Eisenbach, Claus D. ; Israelachvili, Jacob N. ; Waite, J. Herbert; Ahn, B. Kollbe (2015-07-29). "Microphase Behavior and Enhanced Wet-Cohesion of Synthetic Copolyampholytes Inspired by a Mussel Foot Protein". Journal of the American Chemical Society. 137 (29): 9214–9217. doi:10.1021/jacs.5b03827. ISSN 0002-7863.
  12. 11. Benyus, Janine (1997). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. New York, USA: William Morrow & Company. ISBN: 978-0-688-16099-9.
  13. 12. Biomimicry Examples — Biomimicry Institute

ویکی‌پدیای انگلیسی en:biomimicry