Βιομιμητική: Καινοτομία εμπνευσμένη από τη φύση

Αρκετά πρόσφατα εισήχθη η έννοια της βιομιμητικής (biomimetic), μια νέα θεώρηση για την βιώσιμη εκμετάλλευση της φύσης. Ο όρος έγινε γνωστός από την βιολόγο Janine Benyous, μόλις το 1997, με την έκδοση του πρωτοποριακού βιβλίου της. Η βιομιμητική, πολύ απλά, συνιστά την καινοτόμα πρακτική της μίμησης μοντέλων της φύσης με σκοπό την επίλυση σύγχρονων προβλημάτων. Η μίμηση είναι εγγενές χαρακτηριστικό γνώρισμα πολλών ζώων και φυτών, φυσικά και του ανθρώπου (μάλιστα, από τη σκοπιά της ψυχολογίας έχει πολύ ενδιαφέρον).

 

Τι είναι η βιομιμητική;

Η πρωταρχική προσέγγιση θεμάτων βιομιμητικής στηρίζεται στη θεωρία περί Εξέλιξης των ειδών. Στην άποψη, δηλαδή, ότι τα είδη έχουν αποκριθεί με επιτυχία σε περιβαλλοντικές καταπονήσεις του παρελθόντος, μέσα από μια εξελικτική διαδικασία εκατομμυρίων χρόνων. Με άλλα λόγια, τα είδη επιβιώνουν λόγω των προσαρμογών τους στο φυσικό τους περιβάλλον.

Το νέο επιστημονικό πεδίο, λοιπόν, της βιομιμητικής μελετά και αναζητά αυτές ακριβώς τις επιτυχημένες αποκρίσεις (προσαρμογές). Απώτερος στόχος της είναι να προτείνει λύσεις που θα ωθήσουν την ανθρώπινη δραστηριότητα σε μια δυναμική ισορροπία με το περιβάλλον (αειφορία). Το «κλειδί» είναι ότι στη Βιολογία, σχεδόν κάθε δομή, από το κυτταρικό επίπεδο μέχρι και σε επίπεδο οργανισμού, έχει σίγουρα έστω μία λειτουργία.

Οι επιστήμονες εμπνεόμενοι από τις αναρίθμητες σχέσεις δομής-λειτουργίας που υπάρχουν στη φύση, ψάχνουν για καινοτόμες επιχειρηματικές ιδέες. Επομένως, η σύγχρονη βιομιμητική ενθαρρύνει τη διεπιστημονικότητα. Για αυτό, βρίσκει εφαρμογές σε τομείς από την κλωστοϋφαντουργία μέχρι την αρχιτεκτονική και από ιατρική μέχρι τη διαστημική έρευνα.

 

Ιστορική ανασκόπηση της βιομιμητικής

Η αναζήτηση έμπνευσης από τη φύση για κατασκευή τεχνητών υλικών πιθανά ξεκίνησε πολύ νωρίς. Υπάρχουν καταγραφές για την προσπάθεια παραγωγής τεχνητού μεταξιού από αρχαίους Κινέζους (Vincent et al. 2006). Γνωστή είναι, επίσης, και η περίπτωση του Leonardo da Vinci, ο οποίος από την παρατήρηση της κίνησης των πτηνών σχεδίασε ιπτάμενες κατασκευές (Braun 2007). Τέτοια παραδείγματα είναι πράγματι πολλά.

 

«Velcro»: Ένα παράδειγμα βιομιμητικής

Ανάμεσα στα πρώτα και διασημότερα προϊόντα που με σύγχρονη προσέγγιση ανήκουν στο πεδίο της βιομιμητικής είναι το αυτοκόλλητο φερμουάρ «Velcro». Το 1941, ύστερα από μια βόλτα, ο Ελβετός μηχανικός George de Mestral συνειδητοποίησε ότι στο παντελόνι του είχαν κολλήσει σπέρματα του φυτού με το επιστημονικό όνομα Arctium lappa (κοινώς κολλιτσίδα). Από απλή περιέργεια, ο de Mestral εξέτασε τα σπέρματα στο μικροσκόπιο και παρατήρησε χιλιάδες δομές, οι οποίες έμοιαζαν με γάντζους (Eadie & Ghosh 2011).

Τελικά, πολύ σύντομα επινόησε δικιά του πατέντα με υφάσματα που φέρουν αυτές τις δομές, γνωστή ως Velcro^®. Από την παραπάνω εξιστόρηση, κατανοούμε την ουσία της βιομιμητικής: μέσα από μια απλή παρατήρηση μπορεί να γεννηθεί μια λαμπρή ιδέα.

 

Η εμφάνιση του όρου «βιομιμητική»

 Η επινόηση του όρου «βιομιμητική» ήρθε από τον Otto Herbert Schmitt, το 1969 στο 3^ο Διεθνές Συνέδριο Βιοφυσικής στη Βοστόνη (Schmitt 1969). Έκτοτε, το πεδίο της βιομιμητικής άρχισε να πλαταίνει και να εισχωρεί σε τομείς, όπως η ιατρική και η αρχιτεκτονική.

Ωστόσο, η πιο ηχηρή ανάδειξη των εφαρμογών της βιομιμητικής ήρθε στο τέλος του 20^ου αιώνα. Το 1997 η βιολόγος Janine Benyus δημοσίευσε το βιβλίο της με τον τίτλο «Biomimicry: Innovation Inspired by Nature». Στόχος της ήταν, να επαναπροσδιορίσει τη σχέση ανθρώπου-περιβάλλοντος και να ανατρέψει τα αξιώματα της βιομηχανικής παραγωγής.

 

Εφαρμογές της βιομιμητικής

Μπορούμε να πάρουμε μια ιδέα για το ευρύ φάσμα των εφαρμογών της βιομιμητικής, μέσα από την παρακάτω ενδεικτική λίστα (για περισσότερα κατέβασε ηλεκτρονικά το εγχειρίδιο πατώντας εδώ):

• Τα μυρμήγκια βρίσκουν τον πιο σύντομο δρόμο για τον προορισμό τους και αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη του GPS.
• Το δέρμα του καρχαρία έγινε πρότυπο για στολές δυτών.
• Ορισμένα αδιάβροχα υλικά προσομοιάζουν την ικανότητα των φύλλων του λωτού που απωθούν φυσικά το νερό της βροχής.
• Τα μάτια της νυχτοπεταλούδας διαθέτουν μια επίστρωση που αποτρέπει την ανάκλαση του φωτός. Από τη δομή αυτής της λεπτής επίστρωσης εμπνευστήκαμε την επικάλυψη των φωτοβολταϊκών στοιχείων.
• Η καλύτερη απόδοση των LED επιτεύχθηκε χάρη στη μελέτη και την αντιγραφή δομών από πυγολαμπίδες.
• Ένας νέος τύπος κολλητικής ταινίας περιέχει δισεκατομμύρια μικροσκοπικές πλαστικές ίνες, παρόμοιες με τις φυσικές τρίχες που καλύπτουν τα πέλματα των ποδιών της σαύρας Gekko gecko. Ένα τετραγωνικό εκατοστό ταινίας αυτής στηρίζει βάρος ενός κιλού.

 

• Το ιαπωνικό τρένο-σφαίρα 500-Series Shinkansen είναι ένα από τα ταχύτερα τρένα στον κόσμο. Παρατηρώντας, το ειδικά διαμορφωμένο ράμφος των πτηνών της οικογένειας Alcedinidae έλυσαν το ζήτημα των ηχητικών κρότων που προκύπτουν κατά την έξοδο του τρένου από σήραγγες. Αυτά τα πουλιά βουτάνε από τον αέρα στο νερό με ελάχιστη απώλεια ενέργειας. Για αυτό, το τρένο αυτό έχει πραγματικά μακριά μύτη.

Βιβλιογραφία

1. Braun, K. (2007). Von Leonardo da Vinci zu George de Mestral. Ökologisches Wirtschaften-Fachzeitschrift, 22(3), 16-18.
2. Eadie, L. & Ghosh, T. K. (2011). Biomimicry in textiles: past, present and potential. An overview. Journal of The Royal Society Interface, 8(59), 761-775.
3. Hargroves, K. & Smith, M. (2006). Innovation inspired by nature: Biomimicry. ECOS. 129. 27-29. 10.1071/EC129p27.
4. Schmitt, O. H. (1969). Some Interesting and Useful Biomimetic Transforms. Third International Biophysics Congress, Boston, August 29–September 3.
5. Vincent, J. F., Bogatyreva, O. A., Bogatyrev, N. R., Bowyer, A., Pahl, A. K. (2006). Biomimetics: its practice and theory. Journal of the Royal Society Interface, 3(9), 471-482.
6. Ατματζίδη Μ.-Ε., Ντούσκας Ι., Καραβιώτη Σ. (2020). Η τεχνική του βιομιμητισμού. Open Schools Journal for Open Science, 3(7). https://doi.org/10.12681/osj.24337.
7. Ριζοπούλου Σ., Χειμώνα Χ.,  Κούκου Δ., Γκίκας Δ. (2022). Βιομιμητική και Βιομίμηση [Μεταπτυχιακό εγχειρίδιο]. Αθήνα: Κάλλιπος, Ανοικτές Ακαδημαϊκές Εκδόσεις. http://hdl.handle.net/11419/8019.