Biomimetica

Degetele terminate cu firisoare prind si dau drumul, iar membrele robotului imita anatomia unui gecko. Dar, pana acum, se misca in pas de melc. Proiectantii spera ca, intr-o buna zi, va putea fi folosit in misiuni de cautare si salvare.

Ciulinii din blana unui caine au dus la inventarea “ariciului” (Velcro). Acesta este un exemplu de biomimetica – tanara stiinta care adapteaza designuri ale naturii pentru a rezolva probleme moderne. Acum este posibil sa inceapa sa se maturizeze.

Text: Tom Mueller

Era o zi de miez de vara, fara pic de nor, in februarie. Andrew Parker, biolog evolutionist, a ingenuncheat in nisipul rosu fierbinte din interiorul continentului australian, chiar la sud de Alice Springs, si a eliberat piciorul drept din spate al unui moloch intr-un ochi de apa.

Manevra nu a fost chiar atat de riscanta pe cat ar parea: desi acoperita cu tepi ascutiti, soparla avea doar vreo 2 cm inaltime la nivelul umarului si a ridicat o privire tematoare spre Parker, ca un pui de dinozaur care si-a pierdut mama. Parea prea dragalasa pentru decorul arid din jur, in care traiesc un procent alarmant de mare din cei mai veninosi serpi ai lumii, inclusiv taipanul indian, care poate sa ucida 100 de oameni cu 30 de grame de venin, sau vipera-cu-spin-de-desert, al carei nume spune cam tot.

Cumplit este si peisajul insusi, unde vantul care suiera printre arborii mulga se simte ca un uscator de par dat la maximum. Toate acestea iti amintesc in permanenta ca aici, in cea mai arida parte a celui mai arid continent locuit din lume, ai face bine sa ai un plan pus la punct pentru urmatoarea ta sursa de apa. Molochul stie acest lucru, cu o eleganta si siguranta care l-au fascinat pe Parker destul de mult, incat sa nu se mai gandeasca la o muscatura de sarpe sau la insolatie.

“Uite, uite! – a exclamat el. Spatele lui e ud tot!” Intr-adevar, dupa 30 de secunde, apa din ochiul acela se drenase pe piciorul soparlei si stralucea peste tot, pe pielea ei tepoasa. Dupa alte cateva secunde, apa i-a ajuns in gura, iar soparla a inceput sa plescaie cu evidenta satisfactie. Practic, bea cu piciorul. Daca are mai mult timp, molochul poate sa faca acest truc pe un petic de nisip umed – un avantaj competitiv vital in desert. Parker venise aici ca sa descopere exact cum facea asta, nu din interes pur biologic, ci avand in minte un scop concret: sa creeze un dispozitiv inspirat dupa moloch, care sa-i ajute pe oameni sa adune apa salvatoare de viata in desert.

“Are pielea mult mai hidrofoba decat credeam. E posibil sa aiba capilare ascunse, care canalizeaza apa catre gura.” Dupa ce si-a terminat si ultimul experiment, am strans echipamentul si ne-am intors la Land Cruiserul nostru. Soparla ne-a urmarit plecand, cu o vaga expresie de pierdere ireparabila. “A fost esential sa vad molochul in mediul sau natural, ca sa pot intelege natura adaptarii sale – textura nisipului, volumul de umbra, calitatea luminii – a spus Parker, in timp ce ne intorceam cu masina in tabara. Am facut munca la nivel macro. Acum sunt gata sa-i examinez microstructura pielii.”

Cercetator la Muzeul de Istorie Naturala din Londra si la Universitatea din Sydney, Parker este unul dintre promotorii de frunte ai biomimeticii – aplicarea unor designuri din natura pentru rezolvarea problemelor din inginerie, stiinta materialelor, medicina si din alte domenii. A studiat irizatiile fluturilor si ale gandacilor, ca si invelisul antireflectorizant al ochilor moliilor – studii care au generat ecrane mai luminoase pentru telefoanele celulare si o tehnica impotriva contrafacerilor atat de secreta, incat nici el nu stie ce companie se afla in spatele ei.

Lucreaza cu Procter & Gamble si Yves Saint Laurent ca sa realizeze produse cosmetice care imita stralucirea naturala a diatomeelor si cu Ministerul Britanic al Apararii ca sa stimuleze proprietatile lor de a respinge apa. Se inspira chiar si din trecutul naturii: pe ochiul unei musculite prinse de 45 de milioane de ani in chihlimbar, pe care a vazut-o intr-un muzeu din Varsovia, in Polonia, a remarcat striatii microscopice, care reduceau reflectarea luminii.

Acum, acestea sunt incorporate in panourile solare. Munca lui Parker reprezinta doar o mica parte din miscarea de biomimetica, devenita tot mai puternica, la nivel global. Ingineri din Bath, Anglia, si West Chester, Pennsylvania, studiaza atent protuberantele de pe marginea din fata a cozii balenei-cu-cocoasa, pentru a invata sa creeze aripi de avion pentru un zbor mai agil.

In Berlin, Germania, penele principale, in forma de degete, ale rapitoarelor inspira inginerii in crearea de aripi care isi schimba forma in zbor, pentru a reduce rezistenta la inaintare si a creste eficienta consumului de combustibil. Arhitectii din Zimbabwe studiaza cum regleaza termitele temperatura, umiditatea si fluxul de aer din musuroaiele lor, pentru a construi cladiri mai confortabile, iar in Japonia cercetarile medicale reduc durerea unei injectii folosind ace hipodermice care au margini fin zimtate, precum cele de pe trompa unui tantar, pentru a minimiza stimularea nervilor.

“Biomimetica aduce un set complet diferit de instrumente si idei, pe care altminteri nu le-am avea – spune Michael Rubner, specialist in structura materialelor la MIT. Acum este incorporat in cultura noastra de grup.” La scurta vreme dupa excursia noastra in desertul australian, m-am reintalnit cu Andrew Parker la Londra, pentru a urmari faza urmatoare a cercetarilor sale asupra molochului.

Mergand de la intrarea in Muzeul de Istorie Naturala spre laboratorul lui de la etajul al saselea, am traversat sali de marimea unor depozite, pline cu organisme conservate, de cea mai exuberanta varietate. Intr-o incapere, in recipiente cu alcool inalte pana la talie, se aflau vidre-de-mare cu grimase incremenite, pitoni, echidne-cu-cioculdrept si canguri-pitici, iar un vas lung de 20 de metri continea un calmar-urias.

In alte incaperi erau expuse pasari-colibri strident colorate, tucani unici si pasari-gradinar maiestuoase, precum si rafturi dupa rafturi pline de carabusi sclipitori ca niste nestemate: scarabei verzi ca smaraldul, Cyphogastra albastri ca safirul si gandacicurculinoizi opalescenti. Pentru Parker, aceasta nu era o simpla colectie de specimene, ci “un cufar cu o intreaga comoara de designuri geniale”.

Fiecare specie, chiar si acelea care au disparut, reprezinta o poveste de succes, optimizata prin milioane de ani de selectie naturala. De ce sa nu invatam din ceea ce a slefuit natura? Mergand, Parker mi-a explicat ca stralucirea metalica si culorile uluitoare ale pasarilor si gandacilor tropicali nu se datorau pigmentilor, ci caracteristicilor optice: microstructuri ordonat spatiate, care reflecta anumite lungimi de unda ale luminii.

Asemenea culori structurale, ce nu se estompeaza si sunt mai stralucitoare decat orice pigment, sunt de mare interes pentru cei care produc vopseluri, cosmetice si acele holograme micute de pe cartile de credit. Ciocul de tucan reprezinta un model de forta cu greutate foarte mica (poate sparge nuci, dar e suficient de usor incat sa nu stanjeneasca zborul pasarii), in timp ce tepii ariciului si ghimpii porcului-spinos sunt adevarate minuni de economie structurala si rezistenta.

Firul panzei de paianjen este de cinci ori mai rezistent si mult mai ductil decat cel mai tare otel. Insectele ofera o stanjenitoare abundenta de designuri. Larvele de Arachnocampa produc o lumina rece, cu aproape zero pierdere de energie (un bec incandescent obisnuit isi iroseste 98% din energie sub forma de caldura), iar gandacul-bombardier are o camera de combustie de inalta eficienta in partea din spate a corpului, cu care lanseaza substante chimice arzatoare spre eventualii dusmani.

Gandacul Melanophila, care isi depune ouale in lemnul proaspat ars, si-a dezvoltat o structura care poate identifica precis radiatiile infrarosii produse de un foc in padure, reusind sa simta o flacara de la 100 km distanta. Acest talent este studiat in prezent de Fortele Aeriene ale Statelor Unite. “Daca m-as uita pe aici, as putea gasi 50 de proiecte de biomimetica intr-o jumatate de ora – mi-a spus Parker. Incerc sa nu trec pe aici seara, fiindca pana la urma ma ia valul si ajung sa lucrez pana la miezul noptii.”

Cu opt ani in urma, intr-o asemenea explozie creatoare, tarziu in noapte, Parker a decis sa studieze abilitatile unui gandac-tenebrio-de-Namib de a aduna apa, asa ca a construit o uriasa duna de nisip in laboratorul sau. Acest gandac din familia Tenebrionidae prospera in Desertul Namib, in sud-vestul Africii, unul dintre cele mai uscate si mai fierbinti medii din lume.

Gandacul bea apa adunand ceturile diminetii: sta cu fata in vant si isi ridica posteriorul, pe care protuberante hidrofile capteaza ceata si o fac sa se contopeasca in picaturi mai mari, care se rostogolesc apoi in jos pe canalele cerate, hidrofobe, dintre protuberante, ajungand in gura insectei. Parker a importat cateva zeci de gandaci din Namibia, care s-au risipit imediat prin tot laboratorul cand a deschis cutia, dar in final s-au instalat multumiti pe duna.

Aici, folosind un uscator de par, dispozitive de facut ceata si diverse sticlute cu pulverizator, Parker a simulat conditiile din Desertul Namib, suficient de bine pentru a intelege mecanismele gandacului. Apoi le-a copiat pe o lamela de microscop, folosind mici margele de sticla pentru protuberante si ceara pentru canale. Desi natura este sofisticata, multe dintre dispozitivele sale inteligente sunt confectionate din materiale simple precum cheratina, carbonatul de calciu si siliciul, pe care natura le modeleaza in structuri de o fantastica forta, complexitate si rezistenta.

Urechea-marii, de exemplu, isi face cochilia din carbonat de calciu, aceeasi materie ca si creta moale. Totusi, convingand acest material sa alcatuiasca pereti de caramizi asezate in zigzag la scara nanometrica, printr-un joc subtil al proteinelor, el creeaza o armura la fel de dura precum kevlarul, adica de 3.000 de ori mai tare decat creta. Intelegerea structurilor care, la scara micro si nanometrica, asigura proprietatile exceptionale ale unui material viu este esentiala pentru reconstituirea sintetica a acestuia.

Ca urmare, Andrew Parker a aranjat astazi sa examineze pielea unui exemplar de moloch din muzeu sub un microscop electronic, sperand sa gaseasca structurile ascunse care ii permit sa absoarba si sa canalizeze apa atat de eficient. Avand la carma un expert in microscopie, am planat peste suprafata pielii unui moloch ca o sonda spatiala care ar fi orbitat o planeta indepartata, coborand cand si cand, la cererea lui Parker, pentru a explora cate o proprietate curioasa a terenului.

Pareau a fi putine elemente interesante in macrostructura ca de Matterhorn a unui spin individual, desi Parker a speculat ca probabil acesta indeparteaza caldura din corpul soparlei sau poate capta roua matinala. Mai jos, la jumatatea spinului, a remarcat o serie de noduli asezati in siruri, care pareau sa se aranjeze intr-o structura mai mare de colectare a apei. In sfarsit, ne-am cufundat intr-o crevasa de la baza spinului, unde am gasit un camp ca un fagure, alcatuit din adancituri late de cate 25 de microni fiecare.

“Aha! – a exclamat Parker, luminandu-se precum Sherlock Holmes la gasirea unui indiciu. In mod clar, asta este o suprafata superhidrofoba, de canalizare a apei intre solzi.” Examinarea ulterioara a pielii tepoase a molochului cu un instrument numit scaner pentru micro-TC i-a confirmat teoria, dezvaluind capilarele minuscule dintre solzii evident proiectati sa ghideze apa catre gura soparlei.

“Cred ca am cam lamurit structura molochului – a spus el. Suntem gata sa realizam un prototip.” Intra in scena inginerii. In urmatoarea faza a incercarilor sale de a crea un dispozitiv de colectare a apei inspirat de soparla, Parker a trimis observatiile si rezultatele experimentelor lui Michael Rubner si colegului sau de la MIT, Robert Cohen, un inginer chimist cu care a mai colaborat in trecut si la alte proiecte de biomimetica.

O imbinare de intuitie biologica si pragmatism ingineresc este vitala pentru succesul biomimeticii, iar in cazul lui Parker, Cohen si Rubner a dus la mai multe aplicatii promitatoare, inspirate de gandacul-de-Namib si de alte insecte. Folosind un brat robotic care, intr-o succesiune prestabilita, scufunda lamele intr-o serie de suspensii de nanoparticule si alte ingrediente exotice, ei au asamblat strat dupa strat materiale care au aceleasi proprietati speciale ca si la organismele respective.

In scurt timp, ei spera sa aplice metoda pentru a crea o suprafata sintetica inspirata de pielea molochului. Desi impresionati de structurile biologice, Cohen si Rubner considera ca natura e doar un punct de plecare pentru inovatii. “Nu trebuie sa reproducem pielea unei soparle pentru a confect iona un dispozitiv de colectare a apei sau ochiul unei molii pentru a fabrica un invelis antireflectorizant – spune Cohen. Structura naturala ofera un indiciu referitor la ceea ce este util intr-un mecanism. Dar poate ca noi reusim sa-l facem mai bun.” Lectiile primite de la moloch ar putea imbuna tati tehnologia de colectare a apei pe care au creat-o bazandu-se pe microstructura gandacului-de-Namib, pe care acum se straduiesc sa o transforme in materiale de colectare a apei, vopseluri rezistente la graffiti si suprafete cu autodecontaminare, pentru bucatarii si spitale.

Sau poate ca munca lor ii va purta in directii cu totul noi. In final, ei considera ca un proiect de biomimetica e un succes doar daca are potentialul de a crea un instrument util pentru oameni. “Nu e suficient sa examinam structurile dragute din natura – spune Cohen. Ceea ce vreau sa stiu e daca putem realmente sa transformam aceste structuri in intrupari cu utilitate autentica in lumea reala.” Asta, desigur, e partea dificila. Una dintre concretizarile cele mai utile ale designului natural este probabil robotul de inspiratie biologica, pe care l-am putea trimite in locuri unde oamenii ar fi prea batatori la ochi, s-ar plictisi de moarte sau ar muri de-a dreptul. Insa e stiut ca asemenea roboti sunt greu de construit.

Ronald Fearing, profesor de inginerie electrica la Universitatea din California, Berkeley, si-a asumat una dintre cele mai mari provocari cu putinta: sa creeze o musca robotica miniaturala, care sa fie suficient de rapida, mica si manevrabila pentru a fi utilizata in operatiuni de supraveghere sau cautare si salvare. Daca o califorida ar fi bazait in biroul lui Fearing cand am avut prima intrevedere cu el, intr-o dupa-amiaza calda de martie, cu ferestrele larg deschise spre campusul de la Berkeley, asemanator unei gradini, as fi strivit-o fara sa stau nicio clipa pe ganduri.

La momentul cand Fearing a terminat sa-mi explice de ce o alesese drept model pentru aeronava sa miniaturala, i-as fi cazut in genunchi, coplesit de admiratie. Cu aripi care bat de 150 de ori pe secunda, musca se roteste in aer, planeaza si coboara in picaj cu o agilitate neobisnuita. Din zbor in linie dreapta, poate face o intoarcere la 90 de grade in mai putin de 50 de milisecunde – o manevra care ar face praf si pulbere un avion de vanatoare Stealth.

Cheia succesului pentru functionarea insectei sale micromecanice zburatoare (MFI) – mi-a spus Fearing – nu este sa incerce sa copieze musca, ci sa izoleze structurile cruciale care fac posibile performantele sale in zbor, cautand permanent metode mai simple – si poate mai bune – de a executa operatiunile extrem de complexe. “Aripa mustei este miscata de 20 de muschi, dintre care unii sunt folositi doar la a cincea bataie a aripii, si tot ce poti face e sa te intrebi ce Dumnezeu s-a intamplat acolo – spune Fearing.

Anumite chestii sunt pur si simplu prea misterioase si complicate ca sa le putem copia.” Dupa ce neurobiologul de la CalTech Michael Dickinson a folosit aripi de plastic lungi de 30 cm, care falfaiau in doua tone de ulei mineral, pentru a demonstra cum bataia in forma de U a mustei o mentinea in aer, Fearing a redus complexitatea articulatiei aripii, astfel incat s-o poata realiza. Ceea ce a rezultat seamana cu un mic diferential auto; desi lipsit de poezia mistica a celor 20 de muschi ai mustei, acesta poate produce totusi miscari in forma de U cu mare viteza.

Ca sa puna aripa in miscare, el a avut nevoie de servomotoare piezoelectrice, care la frecvente inalte pot genera mai multa energie decat muschii mustei. Totusi, cand le-a cerut mecanicilor sa-i construiasca un servomotor de zece miligrame, toti au ramas inmarmuriti. “Oamenii mi-au spus: «Sfinte Sisoe! Putem face un servomotor de zece grame», care ar fi fost mai mare decat toata musca noastra.”

Asa ca Fearing si-a facut propriul servomotor, pe care l-a ridicat cu o penseta ca sa mi-l arate – o bagheta de borangic de aproximativ 11 mm lungime, nu cu mult mai groasa decat mustata unei pisici. Fearing a fost obligat sa construiasca in acelasi mod multe dintre celelalte componente minuscule ale mustei sale, folosind un microdispozitiv laser si un sistem pentru prototipuri rapide, care ii permite sa-si proiecteze componentele minuscule intr-un computer, sa le decupeze automat si sa le pregateasca peste noapte pentru a le asambla manual a doua zi, sub microscop.

Cu microlaserul taie aripile mustei dintr-o foaie de poliester de doi microni, atat de delicata, incat se boteste daca rasufli asupra ei si trebuie ranforsata cu tije din fibra de carbon. Aripile modelului sau actual bat de 275 de ori pe secunda – mai rapid chiar decat aripile insectei – si scot bazaitul tipic al califoridei.

“Fibra de carbon e mai performanta decat chitina mustei” – mi-a spus el, cu o umbra de satisfactie de sine. Mi-a aratat o cutie de plastic protectoare de pe banca din laborator, in care era chiar robotul-musca: un cadru delicat, ca de origami, din tije negre de fibra de carbon si sarmulite ca niste fire de par, care, deloc surprinzator, nu semana catusi de putin cu o musca adevarata.

O luna mai tarziu, a reusit sa se ridice foarte promitator intr-un zbor controlat. Fearing se asteapta ca robotul-musca sa se roteasca prin aer in doi sau trei ani si, in final, sa vireze si sa coboare in picaj cu maiestria unei muste. Ca sa gasesti un robot biomimetic gata deja si care alearga – sau macar merge in buiestru – trebuie sa traversezi golful la Palo Alto. Inca din secolul al IV-lea i.Hr., cand Aristotel se minuna cum un gecko “poate sa alerge in sus si in jos pe un copac, stand oricum, chiar si cu capul in jos”, oamenii s-au intrebat cum de reuseste soparla sa se deplaseze sfidand gravitatia.

Acum doi ani, specialistul in roboti Mark Cutkosky, de la Universitatea Stanford, si-a propus sa rezolve aceasta enigma, veche de cand lumea, cu un catarator inspirat de gecko, pe care l-a botezat Stickybot (robotul care se lipeste). In realitate, picioarele de gecko nu sunt lipicioase – sunt uscate si netede la pipait -, si isi datoreaza remarcabila lor aderenta unui numar de aproximativ doua miliarde de filamente pe centimetru patrat, cu varfuri ca de spatula, dispuse pe pernutele degetelor, fiecare filament avand o grosime de numai 100 de nanometri.

De fapt, filamentele sunt atat de mici, incat interactioneaza la nivel molecular cu suprafata pe care merge geckoul, imbinandu-se la cel mai mic nivel cu fortele van der Waals, generate de incarcaturile pozitive si negative ale moleculelor, care fac oricare doua obiecte adiacente sa se atraga. Pentru a fabrica pernutele degetelor Stickybotului, Cutkosky si doctorandul Sangbae Kim, principalul designer al robotului, au produs un material uretanic cu perisori minusculi, care se terminau in puncte de 30 de microni. Desi nu la fel de flexibile sau de aderente ca picioarele de gecko, ele sustineau robotul de 500 de grame pe o suprafata verticala.

Dar aderenta – a descoperit Cutkosky – este doar o parte din secretul unui gecko. Pentru a se misca rapid – si un gecko poate tasni in sus pe o suprafata verticala cu 1 m pe secunda -, picioarele lui trebuie sa se si dezlipeasca fara efort si instantaneu. Pentru a intelege cum face asta soparla, Cutkosky a cerut ajutorul biologului Bob Full, expert in locomotie animala, si al lui Kellar Autumn, probabil cea mai mare autoritate la nivel mondial in materie de aderenta a unui gecko.

Prin studii anatomice meticuloase, teste de forta asupra unor filamente individuale de gecko si analiza unor imagini filmate cu incetinitorul, in care soparlele alearga in roti verticale, Full si Autumn au descoperit ca aderenta geckoului este puternic directionala: degetele lor se lipesc doar cand sunt tarate in jos si se desprind cand tractiunea se inverseaza. Avand in minte aceste elemente, Cutkosky si-a dotat robotul cu sapte degete segmentate, care atrag si elibereaza suprafata exact ca ale soparlei, cu un mers ca de gecko, care il lipeste de perete.

A mesterit picioarele si talpile Stickybotului printr-un proces pe care el il numeste prelucrare prin depunerea formei (SDM), care combina o gama de metale, polimeri si materiale textile pentru a crea aceeasi gradatie lina de la rigid la flexibil care este prezenta si in membrele soparlei, dar lipseste din majoritatea materialelor create de om. De asemenea, SDM i-a permis sa incorporeze servomotoare, senzori si alte structuri specializate, care il ajuta pe Stickybot sa se catere mai bine.

Apoi a remarcat intr-o lucrare despre anatomia geckoului ca soparla are tendoane ramificate, care ii distribuie in mod egal greutatea pe intreaga suprafata a degetelor. Evrika! “Atunci cand am vazut asta, m-am gandit: Oo, e grozav!” Ulterior, a incorporat un “tendon” ramificat dintr-o panza de poliester in membrele robotului sau, ca sa-i distribuie greutatea in acelasi mod.

Acum, Stickybotul umbla pe suprafete verticale din sticla, plastic si placi ceramice smaltuite, desi va mai trebui sa treaca o vreme pana sa poata tine pasul cu un gecko. Pentru moment, poate pasi doar pe suprafete netede, cu numai 4 cm pe secunda – doar o fractiune din viteza modelului sau cu rol biologic. Adezivul uscat de pe degetele Stickybotului nu e autocuratitor, ca la soparla, deci se incarca rapid cu murdarie. “Au fost multe caracteristici ale geckoului pe care pur si simplu a trebuit sa le ignoram” – spune Cutkosky. Totusi plutesc in aer mai multe aplicatii pentru lumea reala.

Agentia pentru Proiecte de Cercetare Avansate, din cadrul Ministerului Apararii (DARPA), care finanteaza proiectul, are de gand sa-l foloseasca la supraveghere: un automat care s-ar putea catara nevazut pe o cladire, ramanand cocotat acolo timp de ore sau zile in sir, monitorizand terenul de sub el. Ipotezele lui Cutkosky acopera o gama intreaga de utilizari civile. “Incerc sa fac robotii sa ajunga in locuri unde nu au mai ajuns niciodata – mi-a spus el.

Mi-as dori sa vad ca Stickybotul are o functie in lumea reala, indiferent ca e o jucarie sau orice alta aplicatie. Cu toata forta paradigmei biomimeticii si a oamenilor geniali care o practica, bioinspiratia a generat surprinzator de putine produse pe scara larga si probabil un singur cuvant de uz gospodaresc – Velcro, “ariciul”, inventat in 1948 de chimistul elvetian George de Mestral, care a copiat modul in care se agatau scaietii de blana cainelui sau.

Pe langa laboratorul lui Cutkosky, alte cinci echipe de cercetare de mare forta incearca la ora actuala sa imite aderenta unui gecko, dar pana acum niciuna nu e suficient de aproape de priza puternica, directionala si cu proprietati de autocuratare a soparlei. La fel, oamenii de stiinta mai trebuie sa reconstituie, pentru a fi aplicata in practica, nanostructura urechii-marii, care determina rezistenta cochiliei sale, iar cateva companii de biotehnologie bine finantate au dat faliment incercand sa confectioneze artificial firul panzei de paianjen. De ce?

Unii dintre biomimeticieni dau vina pe industrie, ale carei asteptari pe termen scurt referitoare la cat de rapid ar trebui sa fie finalizat si sa devina profitabil un proiect intra in conflict cu natura cronofaga a cercetarilor biomimetice. Altii deplang dificultatile de coordonare a eforturilor comune intre diverse discipline academice si industriale, necesare pentru a intelege structurile naturale si a imita ceea ce fac ele.

Dar principalul motiv pentru care biomimetica inca nu a ajuns la maturitate e ca, din punct de vedere ingineresc, natura e un complex celebru, fabulos, fara limite si imposibil de controlat. Evolutia nu “proiecteaza” aripa unei muste sau piciorul unei soparle pentru a atinge un obiectiv final, asa cum ar face un inginer, ea carpaceste laolalta orbeste miriade de experimente aleatorii, pe parcursul a mii de generatii, rezultand organisme minunat de lipsite de eleganta, al caror obiectiv e sa ramana in viata suficient de mult pentru a produce urmatoarea generatie si a lansa urmatoarea runda de experimente aleatorii.

Ca sa faca atat de dura cochilia urechii-marii, 15 proteine diferite executa un dans atent coregrafiat, pe care mai multe echipe de savanti eminenti inca nu l-au inteles pe deplin. Puterea firului panzei de paianjen nu sta doar in cocktailul de proteine din care e alcatuit, ci si in misterele “fabricii” de tesut a animalului – 600 de orificii care se rotesc tes sapte feluri de matase, in configuratii extrem de rezistente. Caracterul multistratificat al multor tehnologii naturale le face deosebit de dificil de patruns si de demontat. Deocamdata, oamenii nu pot spera sa reproduca nanopuzzle-uri atat de complicate.

Totusi natura le asambleaza fara efort, molecula cu molecula, dupa reteta pentru complexitate incriptata in ADN. Dupa cum spune inginerul Mark Cutkosky, “pretul pe care il platim noi pentru complexitate la o scara atat de mica este imens, fata de pretul platit de natura.” Cu toate acestea, prapastia fata de natura se diminueaza treptat. Cercetatorii folosesc microscoape cu forta electronica si atomica, microtomografii si computere de mare viteza, pentru a scruta tot mai profund secretele naturii la scara micro si nanometrica, si tot mai multe materiale performante, care le imita cu mai multa acuratete ca oricand.

Chiar inainte ca biomimetica sa se maturizeze, gasindu-si aplicare intr-o industrie comerciala, ea insasi a evoluat intr-un nou si puternic instrument de intelegere a vietii. Bob Full, expert in locomotia animalelor la Berkeley, foloseste ceea ce afla pentru a construi roboti care alearga, se catara si se tarasc, iar acestia, la randul lor, l-au invatat anumite reguli fundamentale ale miscarii animalelor. De pilda, a descoperit ca toate animalele de uscat, de la miriapozi pana la canguri si oameni, au exact aceeasi vioiciune in picioare si genereaza aceeasi energie relativa cand alearga.

Kellar Autumn, specialist in aderenta gecko si fost student al lui Full, imprumuta in mod regulat fragmente din Stickybotul lui Cutkosky pentru a le compara cu structurile naturale ale animalelor si a testa presupuneri esentiale referitoare la biologia unui gecko, ce nu pot fi aflate direct chiar de la soparle. “Nu este o problema sa aplici o preincarcatura de 0,2 newtoni unui petic de adeziv de gecko si sa-l tarasti intr-o directie periferica, cu un micron pe secunda – spune Autumn. Dar incearca sa rogi un gecko sa faca chestia asta cu piciorul lui. Probabil doar o sa te muste si atat.”



Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*