Что такое биомиметика?

Леонардо да Винчи писал, что природа позаботилась, чтобы человек всюду находил, чему научиться. Считается, что именно всемирно известному изобретателю принадлежит идея заимствования свойств объектов живой природы для решения инженерных задач. Например, для создания орнитоптера – предшественника современного дельтаплана – да Винчи изучал строение птичьего крыла и его летательные механизмы. Однако бионические тенденции присутствуют в нашей жизни с первобытных времен, когда наши предки были вынуждены копировать природные формы, чтобы выжить. Сегодня же принцип имитации претворился в целую науку – биомиметику (в отечественном науковедении – бионику).

Термин «биомиметика» произошел от древнегреческих слов bios – «жизнь» и mimesis – «подражание». Официально научное направление зародилось 13 сентября 1960 года на открытии Международного симпозиума «Живые прототипы – ключ к новой технике» в американском городе Дейтон. Поскольку биомиметика стоит на стыке естественных и инженерных наук, в нее входят такие разделы, как биомеханика, архитектурно-строительная бионика, нейробионика и наноэлектроника.

Биомеханика изучает механические, динамические и морфологические свойства и особенности живых тканей, отдельных органов и организмов в целом. Когда в годы Первой Мировой войны британский флот получил на вооружение неисправные гидрофоны, неполадки в приборах для обнаружения вражеских подводных лодок устранили зоологи. Они придали  приемному отверстию гидрофона форму ушной раковины тюленей, отчего приборы подавали сигнал даже на полном ходу корабля.

Однако ученые придают форму природных объектов не только техническим устройствам, но и архитектурным сооружениям. Ярким представителем биомиметической архитектуры является конструкция, основанная на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера, исследующего структуру берцовой кости. Ученый обнаружил, что в месте соединения с суставом она состоит из миниатюрных косточек, благодаря которым нагрузка распределяется равномерно. В 1886 году швейцарский инженер Карл Кульман подтвердил это открытие теоретически, а спустя 20 лет с помощью кривых суппортов была воздвигнута Эйфелева башня.

Помимо физических особенностей организма исследователи также изучают возможности использования принципов строения и функционирования мозга. Нервная система живых организмов обладает рядом преимуществ даже перед современными вычислительными устройствами. В качестве примера из области нейробионики часто приводят эхолокацию летучих мышей и дельфинов, принцип действия которой был заимствован для создания радиолокационных станций.

Появление теории о том, что перемещение одиночных атомов с помощью манипулятора соответствующего размера не нарушает законов физики, спровоцировало развитие такого направления, как нанотехнологии. Будучи самым молодым разделом биомиметики, нанотехнологии уже нашли применение в промышленности, строительстве и медицине. Так с появлением 3D-принтера человечество получило возможность выращивать ткани и органы для трансплантации их без риска отторжения, а также подсаживать биомедицинский клеточный продукт непосредственно в область нарушения тканевого или костного покровов. Эта научная отрасль получила название тканевая инженерия.

За короткий срок своего существования биомиметика произвела прорыв в исследованиях органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов, принципов ориентации, локации и навигации, а также изучении морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов. Всё это позволяет утверждать, что биомиметика является перспективным направлением для выдвижения новых гипотез и развития отраслей современной науки, техники и практического производства.

Автор: Николаева Юлия