Õpitakse tehnoloogilistest lahendustest looduses

„Paljud meie parimad leiutised on kopeeritud, see tähendab, et neid juba kasutavad teised elusorganismid.” (Phil Gates, „Wild Technology”)

NAGU eelmises artiklis mainitud, on biomimeetika sihiks loodust jäljendades luua keerukamaid materjale ja seadmeid. Loodus valmistab oma tooteid saastet tekitamata, kusjuures need on üldiselt võttes elastsed ja kerged, kuid ometi uskumatult tugevad.

Näiteks sama kaalu juures on luu terasest tugevam. Milles kätkeb saladus? Osaliselt annab vastuse luu hea konstruktsioon, ent määravaid põhjusi võib leida sügavamalt – molekulaartasandilt. „Organismide elutalitluse edukus põhineb nende väikseimate komponentide ehitusel ja koostul,” selgitab Gates. Neid väikseimaid komponente uurides on teadlastel õnnestunud eraldada aineid, mis annavad looduslikele toodetele luust siidini kadestusväärse tugevuse ja kerguse. Nad on avastanud, et need ained on looduslike komposiitmaterjalide erisugused vormid.

Imelised komposiitmaterjalid

Komposiitmaterjalid on tahked ained, mis saadakse kahe või enama aine liitmisel, moodustamaks uut ainet, mis oma omadustelt algseid koostisosi ületab. Selles vallas võib tuua näiteks sünteetilise komposiitmaterjali klaaskiu, mida laialdaselt kasutatakse paadikerede, õngeritvade, vibude, noolte ja muude sporditarvete valmistamisel.a Klaaskiudaine valmistamisel sisestatakse peened klaaskiud vedelasse või sültjasse plastist (nimetatakse polümeeriks) matriitsi. Polümeeri kõvastudes ehk tardudes saadakse komposiitmaterjal, mis on imekerge, tugev ja painduv. Kasutades erilaadseid kiude ja matriitse, saab valmistada tohutu laias skaalas toodangut. Muidugi mõista on keemilised komposiitmaterjalid võrreldes inimestes, loomades ja taimedes leiduvate looduslike materjalidega ikkagi algelised.

Inimestes ja loomades asendab klaas- või süsinikkiudaineid fibrillaarne valk nimetusega kollageen, mis on aluseks nahale, sooltele, kõhredele, kõõlustele, luudele ja hammastele (välja arvatud hambavaap) tugevust andvatele komposiitmaterjalidele.b Ühes teatmeteoses iseloomustatakse kollageenil põhinevaid liitaineid kui „kõige kõrgetasemelisemaid struktuurseid komposiitmaterjale, mida teatakse”.

Võtkem näiteks lihaseid luudega siduvad kõõlused. Kõõlused ei vääri tähelepanu mitte ainult kollageensete kiudude sitkuse poolest, vaid ka selle poolest, kui meisterlikult need kiud on põimunud. Janine Benyus kirjutab oma raamatus „Biomimicry”, et lahtiharutatud kõõluse „mitmetasandiline täpsus on lausa uskumatu. Inimese küünarvarre kõõlus on sarnaselt rippsilla trossidega keerdunud trosside kimp. Iga üksik tross on keerdunud peenemate trosside kimp. Iga peenem tross on aga keerdunud molekulide kimp, mis muidugi koosnevad spiraaljalt keerdunud aatomikimpudest. Ikka ja jälle avaneb meie ees matemaatiline ilu”. Tema sõnul on see „insenerikunsti tippteos”. Kas on siis selles midagi üllatavat, et teadlased väidavad saavat inspiratsiooni looduses esinevatest tehnoloogilistest lahendustest? (Võrdle Iiob 40:15, 17.)

Nagu mainitud, on keemilised komposiitmaterjalid looduslikega võrreldes päris kahvatud. Siiski on sünteetilised materjalid tähelepanuväärne saavutus. On ju need arvatud kümne kõige väljapaistvama insenerisaavutuse hulka viimase 25 aasta jooksul. Näiteks tänu grafiit- ja süsinikkiududel põhinevatele komposiitmaterjalidele on olemas uus sugupõlv lennukite ja kosmoselaevade detaile, sporditarbeid, vormel 1 klassi võidusõiduautosid, jahte ja imekergeid jäsemeproteese, kui mainida vaid üksikuid nimetusi kiiresti pikenevast loetelust.

Vaalaliste imeline mitmetalitluslik rasvkude

Vaalad ja delfiinid pole ise sellest küll teadlikud, kuid nende keha ümbritseb imepärane rasvkude. „Vaala rasvkude on võib-olla et kõige mitmetalitluslikum materjal, mida me teame,” öeldakse raamatus „Biomimetics: Design and Processing of Materials”. Selgituseks lisatakse seal, et vaalaliste rasv tagab neile oivalise liikuvuse, nii et neil on kergem pinnale õhku hingama tõusta. Samuti pakub see neile soojaverelistele imetajatele külmas ookeanis suurepärast soojusisolatsiooni. Ka on see parim võimalik toidureserv nälgimisperioodil mitme tuhande kilomeetriste rännete ajal. Võttes aluseks kaalu, annab rasv kaks-kolm korda rohkem energiat kui valk ja suhkur.

„Peale selle on vaalaliste rasv äärmiselt vetruv kummitaoline materjal,” öeldakse varemmainitud raamatus. „Meie praeguste kõige täpsemate arvestuste kohaselt võidakse pikematel pidevatel ujumisperioodidel tänu iga sabalöögiga kaasnevast rasva kokkusurumisest ja väljavenitamisest tingitud elastsest tagasipõrkumisest saadud kiirendusele säästa kuni 20% liikumisenergiat.”

Vaalaliste rasva on kogutud sajandeid, ometi saadi alles hiljuti teada, et umbes poole nende loomade keha ümbritseva rasva mahust moodustab keerukas kollageenkiudude võrgustik. Ehkki teadlased alles üritavad selle rasva-kopmosiitainete segu talitluse jälile jõuda, arvavad nad, et on avastanud järjekordse imesaaduse, millel sünteetilise tootmise korral oleks hulgaliselt kasulikke rakendusalasid.

Geniaalne kaheksajalgne insenerisaavutus

Viimastel aastatel on teadlased ka ämbliku hoolika vaatluse alla võtnud. Nad ihkavad teada saada, kuidas ta toodab ämblikusiidi, mis on samuti komposiitmaterjal. Tõsi küll, siidi toodab tohutul hulgal erisuguseid putukaid, kuid ämblikusiid on midagi erilist. Olles tugevamaid materjale maakeral, on ta ühe teaduskirjaniku sõnul „täiesti imeline aine”. Ämblikusiid on sedavõrd erakordne, et loetelul selle hämmastavatest omadustest ei paista tulevat lõppu.

Miks siis räägivad teadlased ämblikusiidist ülivõrretes? Lisaks sellele, et see on terasest viis korda tugevam, on see ka ülimalt elastne – materjalide puhul haruldane kombinatsioon. Ämblikusiid venib 30 protsenti rohkem kui kõige elastsem nailon. Ometi ei vetru ta nagu trampliin ega lennuta ämbliku söögipoolist õhku. „Inimmõõtmetesse viiduna suudaks kalavõrgutaoline ämblikuvõrk püüda kinni reisilennuki,” mainib „Science News”.

Mõelda vaid, kuidas seda saaks ära kasutada, kui suudaksime aimata järele ämbliku keemiakunsti, – kaks ämblikuliiki toodab koguni seitset sorti siidi! Tohutult saaks täiustada turvavöösid, aga ka kirurgilisi õmblusi ja kunstligamente, ning muuta õhkkergeks nöörid, trossid ja kuulikindlad materjalid, kui mainida vaid mõningaid võimalikke kasutusalasid. Peale selle üritavad teadlased välja uurida, kuidas saab ämblik toota siidi sedavõrd efektiivselt – kasutamata sealjuures toksilisi kemikaale.

Looduse käigukastid ja reaktiivmootorid

Nüüdismaailma hoiavad liikvel käigukastid ja reaktiivmootorid. Aga kas sa tead, et looduses on selline tehnika juba ammu olemas? Võtkem näiteks käigukasti. Käigukast võimaldab meil sõidukis käike vahetada, et seeläbi mootorit kõige efektiivsemalt kasutada. Looduslik käigukast teeb sedasama, kuid see ei seo mootorit ratastega, vaid hoopis tiibu tiibadega! Ja kust seda võib leida? Tavalise kärbse juurest! Kärbsel on kolmekäiguline ülekandemehhanism ühendatud tiibadega, nii et ta saab vahetada käike õhus olles!

Nii kalmaar, kaheksajalg kui ka laevuke kasutavad mingis vormis reaktiivliikumist, mis neid vees edasi kannab. Teadlastes tekitavad need reaktiivmootorid kadedust. Miks? Sest need on pandud kokku pehmetest osadest, mis nii kergesti ei purune, suudavad taluda suuri sügavusi ning töötavad vaikselt ja efektiivselt. Teada on, et kalmaar võib röövloomade eest põgenedes liikuda reaktiivjõul kuni 32-kilomeetrise tunnikiirusega, „hüpates mõnikord koguni veest välja ja ka laevatekile”, öeldakse raamatus „Wild Technology”.

Jah, kui pühendame kas või mõne viivu elusloodu üle mõtisklemisele, valdab meid aukartus ja lugupidamine selle vastu. Loodus on tõesti elav mõistatus, mis tekitab järjest uusi küsimusi: millised imepärased kemikaalid tekitavad jaanimardikates ja mõningates vetikates sädelevat mittesoojuslikku helendust? Kuidas muutuvad mitmesugused arktilised kalad ja konnad, kes talvel täiesti läbi külmuvad, pärast ülessulamist taas aktiivseks? Kuidas suudavad vaalad ja hülged pikka aega vee all viibida, omamata hingamisaparaati? Ja kuidas saavad nad korduvalt suurtesse sügavustesse sukelduda, põdemata dekompressioonihaigust, mida tavaliselt kutsutakse tuukrihaiguseks? Kuidas muudavad kameeleonid ja seepiad oma värvi, et ümbrusega kokku sulada? Kuidas suudavad koolibrid ületada Mehhiko lahe napilt kolme grammi kütusega? Paistab, et küsimustele ei tule lõppu.

Inimestel ei jää tõesti muud üle kui vaadata ja imestada. Teadlased tunnevad loodust uurides midagi „harda aukartuse taolist”, öeldakse raamatus „Biomimicry”.

Kavandatu taga on kavandaja!

Biokeemia abiprofessor Michael Behe tõdes, et hiljutiste elusrakku puudutavate avastuste tulemusena osutab kõik „selgelt, valjuhäälselt ja tungivalt kavandatusele”. Ta lisas, et need raku-uurimise tulemused „on sedavõrd ühetähenduslikud ja tähtsad, et need võib liigitada teadusajaloo suurimate saavutuste hulka”.

Mõistetavalt tekitavad tõendid Looja kohta probleeme neile, kes pooldavad evolutsiooniteooriat, sest evolutsioon ei suuda pakkuda seletust keerukatele tehnoloogilistele lahendustele elusorganismides, eriti raku- ja molekulaartasandil. „On kindlaid põhjusi arvata, et elumehhanismide darvinistlik seletus jääb igaveseks leidmata,” sõnab Behe.

Darwini ajal arvati, et elu põhiühik elusrakk on lihtne, ja evolutsiooniteooriaga tuldi välja sel suhtelise võhiklikkuse ajajärgul. Ent nüüd on teadus ajas tublisti edasi läinud. Molekulaarbioloogia ja biomimeetika antud tõendid ei jäta mingit kahtlust, et rakk on erakordselt kompleksne süsteem, mis on tulvil selliseid oivalisi, täiuslikke tehnoloogilisi lahendusi, mille taustal ka meie kõige keerulisemad masinad ja seadmed tunduvad lapsemänguna.

Behe sõnul viib meisterlik kavandatus meid loogilise järelduseni, „et elu on kavandatud mõistusliku olendi poolt”. Kas pole siis mõistlik arvata, et sellel Olendil on mingi eesmärk, mis puudutab ka inimesi? Kui on, siis mis eesmärk just? Ja kas meil on võimalik oma Kavandaja kohta midagi enamat teada saada? Neid tähtsaid küsimusi käsitletakse järgmises artiklis.

[Allmärkused]

[Kast lk 5]

Väljasurnud kärbes aitab päikesepatareisid täiustada

Üks teadlane nägi muuseumi külastades pilte merevaigus säilinud ammu välja surnud kärbsest, teatatakse ajakirjas „New Scientist”. Ta pani tähele tervet rida difraktsioonvõresid putuka silmadel ning tuli mõttele, et need võisid aidata kärbse silmadel eriti just väga suurte kaldenurkade korral rohkem valgust püüda. Ta asus koos teiste uurijatega sooritama eksperimente ning nende oletused leidsidki kinnitust.

Varsti hakkasid teadlased plaanitsema, kuidas söövitada samasugune difraktsioonvõrede muster päikesepatareide klaasidele. Nad loodavad sel teel suurendada päikesepatareide poolt genereeritava energia hulka. Ka kahaneks seeläbi vajadus kulukate järgimissüsteemide järele, mida praegu on tarvis päikesepatareide suunamiseks päikese poole. Täiustatud päikesepatareid võivad aidata hoida kokku fossiilkütust ning vähendada seega saastamist – igati väärt eesmärk. Sedalaadi avastused aitavad meil kahtlemata mõista, et loodus on tõeliseks lätteks meisterlikele tehnoloogilistele lahendustele, mis vaid ootavad avastamist, mõistmist ja, kus võimalik ja kasulik, jäljendamist.

[Kast lk 6]

Tunnustus sellele, kes seda väärib

Aastal 1957 pani šveitsi insener George de Mestral tähele, et tema riiete külge haakunud väiksed kleepjad takjad on kaetud konksukestega. Ta uuris neid takjaid ja nende konksukesi ja peagi süttis temas loov säde. Järgmised kaheksa aastat kulutas ta takja sünteetilise ekvivalendi väljatöötamisele. Tema leiutis võitis maailmas ülikiiresti poolehoidu ning kannab nüüd nimetust Velcro (takjas-tüüpi kinnitusmaterjal).

Kujutlegem, mida oleks de Mestral tundnud, kui maailmale oleks teatatud, et Velcrot polegi keegi välja töötanud, et see vaid juhtus tekkima töökojas aset leidnud tuhandete järjestikuste juhtumuste tagajärjel. On selge, et ausus ja õiglus nõuab tunnustuse jagamist sellele, kes seda väärib. Et see ka tõesti nii oleks, patendivad leiutajad oma tehnilised lahendused. Jah, paistab, et inimesed pälvivad tunnustust, rahalisi autasusid ja isegi ülistust oma loometöö eest, mis tavaliselt on vaid eluslooduse tagasihoidlik imitatsioon. Kas mitte ei peaks meie tark Looja pälvima tunnustust oma täiuslike originaalide eest?

[Pilt lk 5]

Sama kaalu juures on luu terasest tugevam

[Allikaviide]

Anatomie du gladiateur combattant ..., Paris, 1812, Jean-Galbert Salvage

[Pilt lk 7]

Vaalarasv tagab hea liikuvuse, soojusisolatsiooni ja toidureservi

[Allikaviide]

© Dave B. Fleetham/ Visuals Unlimited

[Pilt lk 7]

Krokodilli ja alligaatori nahast ei suuda läbi tungida odad, nooled ega isegi kuulid

[Pilt lk 7]

Ämblikusiid on terasest viis korda tugevam, ent ülimalt elastne

[Pilt lk 8]

Rähni aju kaitseb ülikõva luu, mis talitleb kui amortisaator

[Pilt lk 8]

Kameeleonid muudavad värvi, et ümbrusega kokku sulada

[Pilt lk 8]

Laevukesel on ujuvuse reguleerimiseks erilised kambrid

[Pilt lk 9]

Rubiinkurk-koolibri sooritab peaaegu 1000-kilomeetrise rändelennu napilt kolme grammi kütusega

[Pilt lk 9]

Kalmaar kasutab teatud vormis reaktiivliikumist

[Pilt lk 9]

Imepärased kemikaalid tekitavad jaanimardikates sädelevat mittesoojuslikku helendust

[Allikaviide]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited