Profesorul de biologie de la Universitatea West Chester, Frank E. Fish, se afla în vacanță de-a lungul coastei din New England, frecventată de magnificele balene cu cocoașă. Într-o zi, în timp ce se plimba într-un magazin de suveniruri, nu a putut să nu remarce felul în care un sculptor a interpretat una din aceste splendide creaturi, comunicându-i proprietarului de magazin că artistul a pus umflăturile balenei pe partea greșită a înotătoarei pectorale. Umflăturile ar trebui să se afle pe marginea de fugă. În calitate de director al Liquid Life Lab de la West Chester University și expert de renume mondial în dinamica fluidelor, Fish știa că marginea de atac a înotătoarelor și a structurilor de înot trebuie să fie elegantă și netedă pentru a reduce rezistența la înaintare.[1] Cu toate acestea, artistul a făcut ca marginea anterioară a înotătoarei de pe această sculptură să fie denivelată și aspră. Proprietarul magazinului de suveniruri l-a asigurat pe Fish că, de fapt, opera de artă era o reprezentare reală și nu era o greșeală. Această surpriză pentru Fish s-a dovedit a fi primul pas într-o călătorie care avea să ducă la un efort intensiv de cercetare și totodată la un parteneriat cu Dr. Phil Watts și cu mulți alți cercetători, precum și la brevete pentru un design mult mai bun al palelor de ventilator și al turbinelor eoliene, toate având denivelări pe marginea de atac. De fapt, avântul tehnologic a dat naștere unei companii complet noi, numită „WhalePower”, cu sloganul „Construirea viitorului energetic pe baza unor teste desfășurate pentru o perioadă de un milion de ani”. Voi spune mai multe despre aceste „teste desfășurate timp de un milion de ani” mai târziu.
Fish și Watts lucrează acum într-un domeniu aflat în plină dezvoltare, numit biomimetică, care constă în studierea atentă a sistemelor biologice pentru a descoperi modele și procese care să facă lucrurile să funcționeze mai bine și să aibă un impact mai redus asupra mediului. Este, de fapt, o formă de inginerie inversă, prin care se demontează lucrurile pentru a învăța cum funcționează. Cuvântul „biomimetică” este o denumire inventată de un electrofiziolog, Otto Schmitt, în anii 1950, care și-a făcut debutul cu una dintre cele cinci publicații ale sale din 1969.[2] Însă biomimetica (imitarea vieții) are o istorie îndelungată. Oricine recurge la un design sau la un procedeu inspirat din natură folosește, de fapt, biomimetica.
Încă din copilărie, Otto Schmitt a fost cu adevărat înzestrat, un geniu în materie de electricitate. Datorită strălucirii sale, la vârsta de 17 ani, înainte de a termina liceul, a fost acceptat ca student la Universitatea Washington din orașul său natal, St. Louis. La momentul în care a absolvit facultatea în domeniile zoologie și fizică, avea deja opt publicații în portofoliu. Cercetările sale s-au axat pe studierea conducerii electrice a impulsurilor nervoase și apoi pe proiectarea de circuite electronice adaptate corespunzător. Fără îndoială, cea mai utilă contribuție a sa la societate și tehnologie a fost declanșatorul Schmitt, utilizat pe scară largă în această eră digitală. Tânărul Otto și-a continuat studiile, obținând un doctorat în cadrul aceleiași instituții, ceea ce l-a lansat într-o carieră plină de invenții, publicații (228) și brevete (41), atât în mediul academic, cât și în cel militar. Fie că a proiectat circuite electrice sau că a construit un detector de submarine mai bun, Schmitt și-a bazat o mare parte din munca sa pe inspirația sau instrucțiunile regăsite în designul naturii, cu alte cuvinte, biomimetică.
După cum s-a menționat, Schmitt și Fish sunt inovatori/inventatori. Iar inventatorii sunt fascinanți. Întotdeauna rezolvă probleme și încearcă să facă lucrurile să funcționeze mai bine. La fel ca în multe cazuri, pot avea loc compromisuri chiar și în proiectarea unei simple pale. Pala trebuie să fie suficient de ușoară pentru a răspunde la o briză mai slabă, dar suficient de puternică și grea pentru a rezista la rafale puternice. Palele trebuie să reziste la pierderea de viteză atunci când unghiul din care bate vântul devine prea abrupt, iar în acele momente pierderea trebuie să se producă treptat, deoarece altfel, ea ar deveni violentă și distructivă. Atunci când acordați timp pentru a analiza chiar și designul simplu al unei pale de ventilator, există multe lucruri la care trebuie să vă gândiți. Din cauza tuturor variabilelor implicate, proiectul final prezintă aproape întotdeauna compromisuri.
Când Fish și Watts au testat denivelările de pe marginile de atac ale palelor ventilatoarelor, turbinelor și chiar ale aripilor de avion – aceste proeminențe fiind inspirate de cele observate pe marginea de atac a balenei cu cocoașă – au constatat îmbunătățiri semnificative ale performanțelor și totodată reducerea pierderilor de viteză. De altfel, denumirea științifică a balenei cu cocoașă Megaptera novaeangliae (în latină pentru balenele cu aripi mari din New England) se referă la înotătoarele pectorale neobișnuit de lungi, cele mai mari și singurele înotătoare pectorale de balenă cu umflături sau protuberanțe. De asemenea, această balenă este singura care adoptă schimbări agresive[3] de direcție în timpul capturării de kril și pești mici prin utilizarea plasei de bule. Protuberanțele de pe marginea frontală a aripilor pectorale le oferă probabil că le oferă o capacitate crescută de manevrabilitate. Modificările aduse palelor, inspirate de anatomia balenelor, sunt încă în proces de optimizare, dar deja apar ca ventilatoare industriale mai silențioase și mai eficiente, ca ventilatoare pentru calculatoare precum și pentru turbinele eoliene, însă nu și la aripile de avion.
În privința avioanelor, istoria aeronauticii a avut mult de câștigat din analiza detaliată a modelelor de zbor preluate din lumea naturală. În „Codexul despre zborul păsărilor”, o lucrare realizată în jurul anului 1505, artistul și inginerul Leonardo da Vinci a făcut cunoscut faptul că a acordat o atenție deosebită păsărilor în timpul proiectării dispozitivelor de zbor. Nici unul dintre proiectele pe care le-a construit nu a avut succes. Prin explorarea constantă a anatomiei aripilor păsărilor și prin însușirea cunoștințelor tehnice relevante, frații Wright au reușit să atingă acest succes la sfârșitul anului 1903. Acest lucru s-a datorat perseverenței acestor frați, care au fost neobosiți în experimentele lor, păstrând înregistrări detaliate, astfel că au dat dovadă de inteligență și inovație, considerând totodată siguranța ca fiind o prioritate absolută. Acestora li s-a atribuit meritul pentru „primul zbor cu echipaj uman susținut, controlat și motorizat, într-un aparat mai greu decât aerul”.
Pe lângă aviație (însuși cuvântul aduce un omagiu lui Avis [sau Avice], numele latin al păsărilor), palele de ventilator, precum și circuite electronice, există literalmente mii de invenții în inventarul biomimeticii – invenții sau strategii inspirate de sistemele biologice. Dintre exemplele cele mai larg răspândite, amintim de Velcro, vopsele ce resping murdăria, trenuri cu forme aerodinamice și vârfuri ascuțite, clădiri modelate după mușuroaiele unor termite pentru răcire, materiale extrem de dure și rezistente la rupere, fibre deosebit de rezistente, supape îmbunătățite, adezivi mai puternici, costume de baie ce conferă o viteză sporită – ați prins esența, iar lista ar putea continua la nesfârșit. Puteți vedea mai multe fotografii și videoclipuri cu aceste invenții în secțiunea web de mai jos.
Acum, am câteva observații și comentarii cu privire la „milioanele de ani de teste pe teren” și la proiectele „geniale”. Se pare că cercetătorii au neglijat nevoia evidentă de inteligență care să stea la baza unor astfel de sisteme. În primul rând, apariția designului este evidentă și universal recunoscută. Ascultați-o pe Janine Benyus cum scrie la pagina 6 din cartea sa Biomimicry.
“Cele mai ingenioase elemente arhitecturale ale noastre, precum punțile de susținere și grinzile, se regăsesc deja în frunzele de nuferi și tulpinile de bambus. Sistemul nostru de încălzire centrală și aer condiționat este întrecut de temperatura constantă de 30 de grade Celsius din turnul de termite. Cel mai inteligent radar al nostru este greu de comparat cu transmisia multifrecvențială a liliacului. Și noile noastre «materiale inteligente» nu pot concura cu pielea delfinului sau cu trompa fluturelui. Chiar și roata, pe care am considerat-o întotdeauna ca fiind o creație exclusiv umană, a fost regăsită în micul motor rotativ care generează mișcarea flagelului celei mai vechi bacterii de pe Pământ.”[4]
Și tot de la pagina 132, Dr. Benyus scrie despre mătasea de păianjen:
„Comparată cu oțelul, mătasea de tip draglină este de cinci ori mai rezistentă, chiar și în comparație cu Kevlar (folosit în vestele antiglonț), este mult mai rezistentă, fiind capabilă să absoarbă de cinci ori forța impactului fără să se rupă. Pe lângă faptul că este foarte puternică și foarte rezistentă, aceasta reușește să fie și foarte elastică, un lucru rar întâlnit la un material. Dacă suspendați greutăți din ce în ce mai grele de o sârmă de oțel și de o fibră de mătase cu același diametru, punctul lor de rupere va fi aproximativ același. Dar dacă suflă un vânt puternic, firul de mătase (de cinci ori mai ușor) va face ceva ce oțelul nu ar putea face niciodată – se va întinde cu 40% mai mult decât lungimea sa inițială și va reveni ca nou.”
În al doilea rând, lucrările de cercetare în domeniul biomimetismului presupun că designul genial al naturii precum și procesele ecologice, nepoluante și durabile ale naturii au apărut prin intermediul evoluției naturaliste pe perioade lungi de timp. De fapt, unul dintre cele mai cunoscute site-uri web, biomimicry.org, se intitulează Biomimicry 3.8 pentru a comemora cele 3,8 miliarde de ani de experimentare a naturii.
Iată un citat găsit la secțiunea „Despre”.
„În natură, dacă o strategie de proiectare nu este eficientă, purtătorul acesteia moare. Natura a verificat aceste strategii timp de 3,8 miliarde de ani. Biomimetismul vă ajută să studiați strategiile de succes ale supraviețuitorilor, astfel încât să puteți prospera pe piața dumneavoastră, la fel cum aceste strategii au prosperat în habitatul lor.”[5]
Și iată un alt citat de Yoseph Bar-Cohen, un purtător de cuvânt elocvent al biomimeticii.
„Evoluția naturii de-a lungul a 3,8 miliarde de ani a condus la mecanisme biologice extrem de eficiente și de puternice. Imitarea acestor mecanisme oferă un potențial enorm de îmbunătățire a vieții noastre și a instrumentelor pe care le folosim….
Natura este cel mai mare laborator care a existat vreodată și va exista vreodată, iar în evoluția sa a testat fiecare domeniu al științei și ingineriei, conducând la invenții care funcționează bine și astăzi. Natura a «experimentat» diverse soluții la provocările sale și totodată a reușit să îmbunătățească soluțiile de succes … prin evoluție, natura, sau biologia, a experimentat principiile fizicii, chimiei, ingineriei mecanice, științei materialelor, mobilității, controlului, senzorilor și multor alte domenii pe care le recunoaștem ca fiind știință și inginerie.”[6]
În al treilea rând, în plus față de perioadele de timp incredibil de lungi presupuse, a avut loc experimentarea și selecția a ceea ce a funcționat. Și nu numai că funcționează, dar are un design strălucit – un design elegant.
Ascultați-l pe dr. Alex Chin vorbind despre fotosinteză:
„Biologia a dezvoltat sisteme fenomenal de subtile pentru a canaliza energia luminoasă și a o direcționa către locurile potrivite. De asemenea, a devenit incredibil de bună la construirea de dispozitive minuscule care funcționează cu o eficiență ridicată și la reproducerea lor de milioane de ori.”[7]
Și o altă lucrare tipică, intitulată Brilliant Bio-Design de la WebEcoist:
„Camerele de supraveghere își flutură aripile pe cer la fel ca păsările și liliecii. Micile fire de păr de pe picioarele de gecko ajută un robot să urce pe o suprafață verticală netedă. Structura durabilă a dinților umani, care rezistă la impact, servește drept sursă de inspirație pentru dezvoltarea de materiale aerospațiale ușoare și rezistente. La fel ca designurile inspirate de mediul marin, inovațiile care imită caracteristicile insectelor și construcțiile care se aseamănă cu forma terenurilor naturale, cele 14 exemple de biomimetism bazate pe principii biologice animale și umane exploatează eficiența deosebită a naturii.”[8]
În timp ce parcurg aceste pasaje, nu pot să nu simt o adâncă apreciere și reverență pentru un Creator care a conceput și realizat aceste lucruri, cu o genialitate inegalabilă, așa cum sunt ele descrise. La fiecare nivel pe care aleg să îl studiez, văd o ordine spectaculoasă și o complexitate de nepătruns în structură, precum și procese sustenabile, prietenoase cu pământul, ciclice, interactive, care servesc altora, de la scara nanometrică la cea macro și chiar la cea mega. Ceea ce nu poate fi contestat este că toți, indiferent de credințele lor, recunosc și apreciază designul incredibil și procesele durabile. Atunci când cineva alege să studieze îndeaproape sistemele biologice, rămâne mereu uimit de frumusețea și eleganța lor.
Fără îndoială, biomimetica este un domeniu de studiu interesant și propice. Entuziasmul este evident în toată literatura de specialitate din domeniul biomimeticii. Am un mare respect pentru inginerii străluciți și biologii biomimeticieni care sunt ocupați cu ingineria inversă a unui sistem biologic. Munca este grea. Complexitatea este atât de mare încât nu există nicio modalitate de a ajunge la capătul oricărei istorii. Așa că au rămas cu niște fragmente, dacă vreți; fragmente care pot fi descoperite, fragmente care sunt de înțeles. Aceștia lucrează cu segmente și părți ce sunt componente reproduse de oameni ale structurilor sau proceselor elegante ale naturii. Iar prin aceste descoperiri, ei ajută la rezolvarea problemelor umane, făcând viața mai ușoară și mai ecologică.
Mă întreb uneori ce simt ei. Ingineria inversă a unui sistem presupune, de obicei, că cineva a fost acolo și a făcut acest lucru cu mult înaintea ta. În acest caz, se presupune că sistemul elegant a fost creat prin intermediul unor procese oarbe și fără noimă, în perioade de timp inimaginabil de lungi. Este acesta cazul unui gânditor care învață de la procese oarbe? În oricare dintre situații, cercetătorul este mereu cu un pas în urmă. Fie cineva a fost mai inteligent și mai rapid, fie procesul întâmplător s-a derulat mai repede. Mă întreb dacă vor vedea vreodată amprentele detectabile ale Divinității.
De fiecare dată când recitesc Iov 12:7-13, simt că este exprimat într-un mod care amintește de biomimetism. Ar putea știința biomimeticii să fie atât de veche? Ascultați-l pe Iov și vedeți dacă nu se aseamănă cu Janine Benyus sau Yoseph Bar-Cohen: „Întreabă dobitoacele, și te vor învăța; păsările cerului, și îți vor spune; vorbește pământului, și te va învăța și peștii mării îți vor povesti” (Iov 12:7-8, VDC). Vă întreb: „Nu este aceasta inima biomimeticii?” Atunci concluzia lui Iov reprezintă cu claritate o poziție de credință diferită față de cea a majorității inginerilor biomimeticii. Cei mai mulți aleg să accepte evoluția darwinistă ca fiind genialul creator, marele experimentator. Eu aleg mai degrabă să fiu de partea lui Iov. Ascultă acum concluzia sa, care sugerează că animalele lipsite de rațiune și chiar pământul cunosc răspunsul evident. „Cine nu vede în toate acestea dovada că mâna Domnului a făcut asemenea lucruri? El ține în mână sufletul a tot ce trăiește, suflarea oricărui trup omenesc.”
Apostolul Pavel vorbește direct despre aceste probleme în scrisoarea sa către Romani. Pavel afirmă deschis: „Mânia lui Dumnezeu se descoperă din cer împotriva oricărei impietăți și împotriva oricărei nedreptăți a oamenilor care înăbușă adevărul în nelegiuirea lor, pentru că ce se poate cunoaște despre Dumnezeu le este descoperit în ei înșiși, fiindu‑le descoperit de Dumnezeu. Într‑adevăr, însușirile Sale nevăzute – puterea Sa veșnică și dumnezeirea Sa – se văd lămurit de la crearea lumii, fiind înțelese prin cele create, astfel încât nu se pot dezvinovăți. Fiindcă, deși L‑au cunoscut pe Dumnezeu, nu L‑au proslăvit ca Dumnezeu, nici nu I‑au mulțumit, ci au ajuns să aibă gânduri deșarte, și inima lor nepricepută s‑a întunecat.” (Romani 1:18 – 21, EDCR)
Adevărul este că Dumnezeu a creat tot ceea ce este (Efeseni 3:9, Coloseni 1:16), motiv pentru care „Vrednic ești Tu, Domnul și Dumnezeul nostru, să primești slava, cinstea și puterea, căci Tu ai creat toate lucrurile și prin voia Ta sunt în ființă și au fost create!” (Apocalipsa 4:11, EDCR)
Pentru un studiu mai aprofundat:
Cărți excelente pe subiectul biomimeticii:
Allen, Robert (Editor). 2010. Bulletproof Feathers: How Science Uses Nature’s Secrets to Design Cutting-Edge Technology. University of Chicago Press
Bar-Cohen, Yoseph. 2005. Biomimetics: Biologically Inspired Technologies. CRC Press
Bar-Cohen, Yoseph. 2011. Biomimetics: Nature-Based Innovation. CRC Press
Benyus, Janine M. 2002. Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. 2nd Edition. William Morrow Paperback
Câteva prezentări TED care vorbesc despre biomimetică:
Janine Benyus, http://www.ted.com/talks/janine_benyus_shares_nature_s_designs.html
Janine Benyus, http://www.ted.com/talks/janine_benyus_biomimicry_in_action.html
http://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_in_architecture.html (Michael Pawlyn)
Cheryl Hayashi, http://www.ted.com/talks/cheryl_hayashi_the_magnificence_of_spider_silk.html
Markus Fischer, http://www.ted.com/talks/a_robot_that_flies_like_a_bird.html
Nina Tandon, http://www.ted.com/talks/nina_tandon_caring_for_cells.html
http://www.ted.com/talks/fiorenzo_omenetto_silk_the_ancient_material_of_the_future.html (Fiorenzo Omenetto)
Robert Full, http://www.ted.com/talks/robert_full_learning_from_the_gecko_s_tail.html
Robert Full, http://www.ted.com/talks/robert_full_on_engineering_and_evolution.html
Robert Full, http://www.ted.com/talks/robert_full_on_animal_movement.html
Biomimetică pe internet:
- Intelligent Design in Nature makes Engineers Envious, 31 octombrie 2013, Știri și opinii despre evoluție de la Discovery Institute
http://www.evolutionnews.org/2013/10/intelligent_des_12078571.html
- University Programs in Biomimicry, o pagină web a Institutului de biomimetică care păstrează o listă actualizată a universităților care oferă programe de biomimetică.
- Biomimicry 3.8 Institute, http://biomimicry.net susține că este „liderul mondial în domeniul consultanței în materie de inovare biomimetică, al formării profesionale și al dezvoltării de programe educaționale și curriculare. Fondat în 2006 de Janine Benyus, institutul „promovează studiul și imitarea modelelor remarcabil de eficiente ale naturii”.
Liste de strategii/exemple de biomimetism:
- De la Ask Nature http://www.asknature.org/
- De la Biomimicry 3.8 http://biomimicry.net/about/biomimicry/case-examples/
- De la Mother Nature Network http://www.mnn.com/earth-matters/wilderness-resources/photos/7-amazing-examples-of-biomimicry/copying-mother-nature
- De la Biomimicry Education Network http://ben.biomimicry.net/tag/examples-of-biomimicry/ and http://ben.biomimicry.net/category/examples/
- De la How Stuff Works http://science.howstuffworks.com/life/evolution/biomimicry.htm
- De la Schlumberger Excellence in Educational Development (SEED) http://www.planetseed.com/relatedarticle/finding-examples-biomimicry-seed-web-site
- De la Interface – a designer and maker of carpet tile http://www.interfaceflor.co.uk/web/inspiration/biomimicry
- De la Nature Conservancy – https://www.nature.org/en-us/about-us/who-we-are/
- De la Jeremy Eddy https://files.eric.ed.gov/fulltext/ED490541.pdf
- De la Brainz http://brainz.org/15-coolest-cases-biomimicry/
- De la Treehugger http://www.treehugger.com/clean-technology/nature-inspired-innovation-9-examples-of-biomimicry-in-action-slideshow.html
- De la Forbes http://www.forbes.com/sites/sap/2013/04/15/the-best-of-biomimicry/
- De la Bloomberg
- De pe Pinterest https://www.pinterest.com/kleinke58/biomimicry-examples/
- De la University of Cambridge Phys.org http://phys.org/news/2013-10-nature.html și http://www.cam.ac.uk/research/features/inspired-by-nature
- De la Ecouterre http://www.ecouterre.com/10-eco-fashion-garments-inspired-by-nature-and-biomimicry/
- De la University of Montana https://apps.umt.edu/search/find?q=biomimicry
- De la FastCompany http://www.fastcompany.com/1741949/innovative-nature-baking-biomimicry
- De la Designboom http://www.designboom.com/contemporary/biomimicry.html
- De la Inhabitat http://inhabitat.com/finding-design-inspiration-in-nature-biomimicry-for-a-better-planet/
- De la Popular Science http://www.popsci.com/category/tags/inspired-nature
- De la Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Biomimicry
- De la Rushlane http://www.rushlane.com/12-concept-cars-inspired-1295983.html
Articol scris de către dr. David Steen. Fost profesor la Andrews University, Michigan (pensionat).
Articol preluat de la: https://www.grisda.org/biomimicry-the-search-for-brilliant-design-1#_ednref8
Articol publicat la data de 20 Ianuarie 2014.
Articol tradus de George Rad.
[1] Frank E. Fish. 2004. Structure and Mechanics of Nonpiscine Control Surfaces. IEEE Journal of Oceanic Engineering 29(3):605-621
[2] Otto H. Schmitt. “Some Interesting and Useful Biomimetic Transforms”, Proceedings, Third International Biophysics Congress, Boston, Mass., Aug. 29-Sept. 3,1969, Abstracts, p.297.
[3] F. E. Fish and J. J. Rohr. 1999. Review of Dolphin Hydrodynamics and Swimming Performance. Technical Report 1801. SPAWAR System Center San Diego [PDF]
[4] Janine M. Benyus. 2002. Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. Harper Perennial. 308 pp.
[5] https://biomimicry.org/what-is-biomimicry/
[6] Yoseph Bar-Cohen. Biomimetics: Using nature as an inspiring model for human innovation.
[7] http://www.cam.ac.uk/research/features/inspired-by-nature
[8] http://webecoist.momtastic.com/2011/01/14/brilliant-bio-design-14-animal-inspired-inventions/
