A Természet Találmányai - A Bionika

Vajon a radar, a tépőzár vagy a sószóró és a sok egyéb praktikus találmány a természetben már létező minták nélkül is megalkotható lett volna? Egy viszonylag fiatal tudományág, a bionika kutatja a természet alkotásainak és jelenségeinek lehetséges felhasználási területeit.

Az első, Londonban rendezett nemzetközi világkiállításon, 1851-ben az angol kertész és hobbimérnök, Joseph Paxton újszerű, rendkívül nagy teherbírású üvegház-konstrukciója hatalmas elismerést váltott ki. A szabadalomként jegyzett harmonikaszerűen kinyitható üvegfedél mintájául az amazonasi tündérrózsa (Victoria amazonica) levelei szolgáltak. Ez az üvegház Kristálypalota néven vonult be az építészet történetébe, és ez az első olyan szabadalmazott találmány, amely bionikai kutatások alapján született meg.

A bionika valójában már régóta létező tudományág. Az Ikaroszról vagy az „ulmi szabók”-ról készült ábrázolások vagy éppen Leonardo da Vinci denevérszerű repülő szerkezete már mind-mind arra utalnak, hogy az emberiség igen hamar rájött arra, hogy a természet találmányait érdemes tanulmányoznia annak érdekében, hogy e minták alapján technikai eszközöket tervezhessenek.

MINTAKÉNT SZOLGÁLÓ JUHARMAGOK A juharmagokat a szél messzire sodorja.
Útjuk végeztével szárnyuknak köszönhetően forogva, ezért lassan közelednek a földfelszín
felé, így a magok nem sérülnek meg. Ezen az elven képes a helikopter is saját meghajtás
nélkül földet érni.

A természet által kínált minták valóban felülmúlhatatlanok: az evolúció folyamatában kiérlődött formák és szerkezetek mind anyag- és vázszerkezetű jellemzőiket, mind pedig az élőlények teljesítményét tekintve a tökéletesség szintjére jutottak.


A hét ősi forma

Ennek az összefüggésnek a valódi értékét először az osztrák származású Raoul Heinrich Francé biológus ismerte fel a 20. század elején. A következőket írta: „Világunkban a kristályforma, a gömb, a sík, a rúd, a szalag, a csavar és a kúp alkotják az alapvető műszaki formákat. Minden további lehetséges alakzat ennek a hét ősi formának a kombinációjából áll össze.

Ez a tény azonban semmilyen összefüggésben sincs a mágikus hetes számmal. A természet ennyit fejlesztett ki, se többet, se kevesebbet, és bármily leleményes is az emberi elme, az alkotó folyamatok végén mindig ennek a hét ősi formának a kombinációjához, variációs lehetőségeihez jut el.”


A nevezetes sószóró

Raoul Heinrich Francé egy, a természet alkotta mintán alapuló elmés találmány, a modern sószóró szülőatyja. A kutató akkor találta fel ezt a praktikus használati tárgyat, amikor táptalajba szeretett volna mikroorganizmusokat elszórni, méghozzá egyenletes eloszlásban. Francé hiába kísérletezett a púderes dobozzal meg a sótartóval, a művelet nem vezetett eredményre. Végül egy nagyszerű ötlettől vezérelve mákgubót használt e célra, amely a természetben szintén magvainak egyenletes elterjesztéséről gondoskodik. Az eredmény lenyűgöző volt. A púder, a só, a bors és egyéb finom anyagok szórására alkalmas, a mákgubó működési elvének mintáján alapuló kis edény megalkotása a találékony kutató számára már nem jelentett problémát.


Új tudományág

Francé és sószórójának sikere után a tudósok egyre nagyobb céltudatossággal szemlélték a természetet. Ám csak a második világháborút követően alakult ki az USA-ban a napjainkban bionikának nevezett modern interdiszciplináris tudomány. A bionika fogalmát 1958-ban az USA légierejének őrnagya, J. E. Steele alkotta meg, összekapcsolva a biológia és a technika szavak fogalmi körét.

A MÁKGUBÓ SZOLGÁLT A SÓSZÓRÓ MODELLJÉÜL

Ám a kutatók hamarosan felismerték, hogy a természet egyszerű másolásának kísérlete a legtöbb esetben kudarcra van ítélve. Kivételek persze léteznek, mint például a műanyag szivacs vagy a tépőzár esetében. A bionika munkamódszere ezzel szemben sokkal inkább arra irányul, hogy első lépésként mindig pontosan feltárja valamely sikeres természeti alkotás működésének fizikai alapelveit. Egy szemléletes hasonlattal élve: aki úgy akar repülni, mint a madár, annak először is azt kell megértenie, hogyan képes a madár repülni.

Joseph Paxton óta a bionika klasszikus felhasználói közé tartoznak az építészek. Az ő Kristálypalotájához hasonló jelentőségű találmányként vonult be a történelembe a „geodéziai kúp” is. Ennél az építészeti megoldásnál három-, öt- vagy hatszögletű fémrudak kombinációja révén egy stabil szerkezetű kupolakonstrukciót hoznak létre. Ilyen kialakítású kupola borítja például a düsseldorfi botanikus kertet is.

A természetben a geodéziai kúpéhoz hasonló szerkezetű az egysejtű sugárállatka (rodiolária) kovaváza. A méhek hatszögletű sejtekből álló építménye az építészeten túlmenően meghódította a technika más területeit is. A müncheni Olimpiai Stadion függőtetős szerkezetének mintáját a pókháló szolgáltatta.


Zseniális fűszál

A természet másik zseniális alkotása a fűszál felépítése. A mérnökök ezt az ötletet a „szendvics” típusú építkezési mód kifejlesztésekor használták fel, amely a különböző rétegek különleges elrendezése révén könnyű, ugyanakkor nagyon stabil alapanyagok kialakítását teszi lehetővé. Az így készülő anyagokat a legkülönbözőbb iparágak használják.

A bionika klasszikus felhasználói közé tartozik a repülő- és a hajóépítészet is. A rovarok alakjának megfigyelése után a darázsderék formáját utánozták a szuperszonikus gépek tervezésénél, minek következtében a repülőgép törzsénél a légáramlási viszonyok jóval kedvezőbben alakulnak, mint más repülőgéptípusoknál.

Az 1990-es évek kezdetén egy „tengerből vett szabadalom” keltett nagy feltűnést. Berlini kutatók fejlesztettek ki egy olyan fóliát, amelynek alkalmazásával az utasszállító repülőgépek üzemanyag-felhasználását jelentősen csökkenthették. A mintát a cápa számtalan apró, placoidpikkellyel borított bőrének felülete szolgálta, amely aerodinamikailag  előnyös tulajdonságokkal bír. Ez az újszerű borítás időközben a repülőkön és a hajókon is bevált. Az ötlet továbbfejlesztéséből született az úszók és a búvárok között is elterjedt „cápabőrruha”.

Az anyagkutatók, az energia- és klímatechnikusok az utóbbi években is széles körben felhasználják a természetből vett mintákat. A természet alkotásaira ugyanis rendkívül jellemző a maximális hatékonyságú energia- és anyagkihasználás.


A cél a természetes egyensúly elérése

A bionika még sok feltáratlan lehetőséget tartogat számunkra. Ha a jövőben valóban a természet alkotásai fogják meghatározni a technikát, akkor ez valószínűleg a technológiai folyamatok bionikája által történik majd. Az emberiség lényeges feladatai közé tartozik földi létünk jövőbeli átalakítása egy olyan összetett szabályozás megvalósításával, amely kezelni tudja az egyre szűkösebbé váló élelmiszer-, ivóvíz-, ásványianyag-tartalékokkal, valamin az új energiaforrásokkal, az energiahasznosítás feltárásával, a hulladékeltávolítással és a környezetvédelemmel kapcsolatos problémákat.

A megoldáshoz vezető út a természet folyamatainak tanulmányozásában rejlik, hiszen a természet az, amely képes volt évmilliók alatt, állandóan változó feltételek között, fenyegető helyzetekben, komplex irányítással egy jól működő egyensúly kialakítására. A természet e „technológiai tudásának” kutatása és feltárása a jövő bionikájának egyik alapvető feladatát jelenti.


További felhasználási területek

A fény elektromosság révén történő előállítása még ma is költséges dolog. Edison izzója a beevitt teljesítménynek csak az 5%-át hasznosította fényként, míg az úgynevezett hidegfény-elv szerint világítani képes bogarak, medúzák, mélytengeri állatok, mohák, gombák és egyéb élőlények esetében ez a hatásfok akár 90%-os os lehet. Ezt a teljesítményt egyetlen modern energiatakarékos lámpa sem éri el. A mérnökök mindenesetre a lézer feltalálásával egy dologban biztosan túlszárnyalták a természetet: olyan fényforrást állítottak elő, amellyel vágni és fúrni is lehet.