Najnowsze przykłady bioniki, czyli o tym, jak inżynierowie inspirują się przyrodąCzas czytania: 5 min

Wieści ze świata nauki to cykl tekstów skupiających się na najnowszych doniesieniach naukowo-badawczych z różnorodnych dziedzin. W tekstach tych omawiane są bieżące artykuły publikowane w prestiżowych czasopismach naukowych, a także ich znaczenie dla stanu współczesnej wiedzy. Powszechnie znana jest sentencja autorstwa Newtona, zgodnie z którą to, „co my wiemy, to tylko kropelka. Czego nie wiemy, to cały ocean.” Celem tekstów publikowanych w tym dziale jest przybliżenie czytelnikom właśnie tych kropelek.

Na początku maja 2022 roku na łamach „Science Advances” ukazał się artykuł zatytułowany Plant-inspired TransfOrigami Microfluidics [Mikrofluidyka TransfOrigami inspirowana roślinami]¹. Mikrofluidyka, do której nawiązują autorzy, zajmuje się badaniem przepływu cieczy w skali mikro, czyli w bardzo małych naczyniach/kanalikach. TransfOrigami natomiast to powiązanie transformacji i przekształceń określonego przedmiotu z jego strukturą przestrzenną przypominającą origami. Posługując się mikrofluidyką, geometrią origami oraz nauką o polimerach, naukowcy skonstruowali niewielkie urządzenie mikrofluidyczne (tzn. zawierające mikroskopijne kanaliki), które otwiera się i zamyka w zależności od temperatury, wilgotności oraz nasłonecznienia.

Jak to działa?

Najprostsza wersja tego urządzenie składa się z dwóch sklejonych rodzajów polimerów, które różnią się wrażliwością na temperaturę i wilgotność, dzięki czemu urządzenie może zmieniać kształt w zależności od określonych warunków. Manipulowanie układem polimerów, składników oraz strukturą origami pozwoli na stworzenie czegoś, co na przykład będzie się wyginało lub skręcało w jedną lub drugą stronę, w zależności od światła, temperatury i wilgotności. Jeżeli w mikrokanalikach tego urządzenia będą znajdować się płynne związki chemiczne, to za pomocą mikrofluidyki TransfOrigami można sterować tym, w jakich warunkach ma zachodzić dana reakcja chemiczna. Jeśli na przykład dana reakcja jest endoenergetyczna (potrzebuje energii z zewnątrz), to można sprawić, aby urządzenie z mikrokanalikami otwierało się w ciągu dnia, a zamykało w nocy. W praktyce jest to więc mały reaktor chemiczny, który zależnie od warunków zewnętrznych przepuszcza związki chemiczne, bez użycia jakiejkolwiek energii elektrycznej.

Autorzy rzeczonego artykułu znajdują kilka dalszych zastosowań dla tej technologii, a jednym z najciekawszych jest wytworzenie bardziej złożonych struktur origami, które będą mogły przełączać przepływ pomiędzy różnymi kanalikami z zastosowaniem pewnych prostych zasad logicznych, tzn. jeśli będzie duże nasłonecznienie, to będzie zachodzić jedna reakcja chemiczna, natomiast w nocy będzie zachodzić inna reakcja chemiczna pomiędzy innymi związkami. Wykorzystanie możliwości reagowania na wilgotność może pozwolić na skonstruowanie jeszcze bardziej zaawansowanych systemów, prowadząc do skonstruowania w pełni autonomicznego reaktora chemicznego, a nawet do powstania czegoś na kształt syntetycznej rośliny².

Co w tym niesamowitego?

Oczywiście, już samo skonstruowanie w pełni autonomicznego mikroreaktora chemicznego wydaje się czymś interesującym, niemniej warto również zwrócić uwagę na to, czym inspirowali się autorzy. Sami zauważają bowiem, że urządzenie wzorowali na roślinach, których liście otwierają się w ciągu dnia, aby otrzymywać jak najwięcej energii słonecznej, a zamykają się w nocy, aby nie tracić wody. Autorzy zaznaczają, że chcieli skonstruować dynamiczne sieci naczyniowe, które – podobnie jak rośliny – posiadałyby zdolność dynamicznego reagowania na zmiany środowiskowe³. Jest to więc kolejny przykład bioniki, czyli technologii inspirowanej przyrodą⁴.

Z takimi bionicznymi technologiami mamy do czynienia coraz częściej. W marcu 2022 roku opracowano ważące zaledwie 30 miligramów autonomiczne urządzenie monitorujące, którego budowa jest inspirowana nasionami mniszka lekarskiego, dzięki czemu urządzenie to może unosić się na wietrze, w ten sposób pokonywać znaczne odległości i monitorować fale radiowe⁵. Dwa miesiące później, w maju 2022 roku, opracowano z kolei sztuczną wić, zbudowaną z wielometalicznych pasków, które u nasady można pobudzić za pomocą impulsu elektrycznego, powodując w ten sposób ich ruch⁶. Ruch ten jest wzorowany na wiciach charakterystycznych dla wielu rodzajów komórek bakteryjnych, a także dla plemników. Na wyjątkowość struktury wici bakteryjnej wielokrotnie zwracał uwagę Michael J. Behe, podkreślając jej nieredukowalną złożoność⁷. Nic więc dziwnego, że stała się inspiracją dla opracowywania nowych technologii.

W licznych tekstach zwraca się uwagę, że inspirowanie się naturą jest świadectwem tego, iż struktury przyrodnicze są bardzo dobrze zaprojektowane⁸. Przykład urządzenia TransfOrigami wzorowanego na mechanice liści otwierających się w ciągu dnia, jest kolejnym przykładem, potwierdzającym, jak wiele inspiracji dla technologii można znaleźć w przyrodzie.

Bartosz Bagrowski

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ikonka cyklu: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 26.06.2022

Literatura: