Vakarų Česterio universiteto biologijos profesorius Frankas E. Fišas atostogavo Naujosios Anglijos pakrantėje, kur dažnai plaukioja didingos kuprotieji banginiai. Vieną dieną, naršydamas suvenyrų parduotuvėje, jis pastebėjo talentingo skulptoriaus sukurtą vieno iš šių nuostabių gyvūnų atvaizdą ir pasakė pastabą parduotuvės savininkui, kad menininkas išgaubtus kauburėlius padėjo ne toje peleko pusėje – jie turėtų būti ant galinės briaunos. Kaip Skysčių gyvybės laboratorijos vadovas ir pasaulinio lygio skysčių dinamikos ekspertas, Fišas žinojo, kad pelekų ir plaukiamųjų struktūrų priekinė briauna turi būti lygi ir sklandi, kad sumažintų pasipriešinimą vandeniui. Tačiau skulptorius priekinę briauną padarė gumbuotą ir šiurkščią. Parduotuvės savininkas patikino Fišą, kad skulptūra tiksliai atspindi tikrovę ir jokios klaidos nėra. Šis galvosūkis tapo pirmuoju žingsniu kelionėje, kuri paskatino intensyvius tyrimus, bendradarbiavimą su dr. Philu Watsu ir kitais, taip pat patentus žymiai patobulintų ventiliatorių ir vėjo turbinų menčių, turinčių kauburėlius ant priekinės briaunos, dizainui. Ši technologinė pažanga davė pradžią visiškai naujai įmonei „WhalePower” su šūkiu: „Kuriame energetikos ateitį remiantis milijono metų lauko tyrimais.”
Fišas ir Wattas dirba sparčiai augančioje disciplinoje, vadinamoje biomimetika – tai kruopštus biologinių sistemų tyrimas siekiant atrasti dizaino sprendimus ir procesus, leidžiančius dalykams veikti geriau ir su mažesniu poveikiu aplinkai. Iš esmės tai yra atvirkštinės inžinerijos forma, kai objektai išardomis siekiant suprasti, kaip jie veikia. Žodį „biomimetika” sugalvojo elektrofiziologas Otto Schmittas XX a. 6-ajame dešimtmetyje, o pirmą kartą jis pasirodė viename iš jo penkių 1969 m. leidinių. Tačiau biomimetika (gyvybės mėgdžiojimas) turi ilgą istoriją – kiekvienas, naudojantis gamtos įkvėptu dizainu ar procesu, iš esmės taiko biomimetiką.
Net vaikystėje Otto Schmittas buvo tikras genijus elektros srityje. Dėl savo išskirtinių gabumų, sulaukęs vos 17 metų ir dar nebaigęs vidurinės mokyklos, jis buvo priimtas į gimtojo miesto Vašingtono universitetą Sent Luise. Iki bakalauro laipsnio įgijimo zoologijos ir fizikos srityse jis jau turėjo 8 publikacijas. Jo tyrimai buvo sutelkti į nervinių impulsų elektrinį laidumą ir atitinkamų elektroninių grandinių kūrimą. Neabejotinai naudingiausias jo indėlis visuomenei yra Schmitto trigeris, plačiai naudojamas šiame skaitmeniniame amžiuje. Jaunasis Otto tęsė studijas, įgijo daktaro laipsnį toje pačioje institucijoje ir pradėjo karjerą, kupinas išradimų, publikacijų (228) ir patentų (41) tiek akademinėje aplinkoje, tiek kariuomenėje.
Kaip minėta, Schmittas ir Fišas yra novatoriai ir išradėjai. Išradėjai – tai ypatingi žmonės, visada sprendžiantys problemas ir stengiantys priversti dalykus veikti geriau. Ir net paprastai atrodančio mentės dizaine yra daug kompromisų: mentė turi būti pakankamai lengva, kad reaguotų į švelnų vėją, tačiau pakankamai stipri, kad atlaikytų stiprias gūsius. Mentės turi atsispirti sąstingiui, kai vėjo kampas tampa per status, o kai jis vis dėlto atsiranda – jis turi būti laipsniškas, nes staigus sąstingis paprastai būna žiaurus ir destruktyvus.
Kai Fišas ir Wattas bandė priekinius kauburėlius ant ventiliatorių, turbinų ir net lėktuvų sparnų, jie aptiko didžiulius veikimo ir sąstingio charakteristikų patobulinimus. Beje, kuprotojo banginio mokslinis pavadinimas Megaptera novaeangliae (lot. „didžiasparnė naujoji anglė”) nurodo neįprastai ilgus krūtininius pelekus – vienintelius banginių krūtininius pelekus su kauburėliais ar tuberkulais. Šis banginis taip pat vienintelis naudoja agresyvius krypties pokyčius burbulinės medžioklės metu gaudydamas krilį ir mažas žuvis. Kuprotojo banginio pelekų priekiniai tuberkulai suteikia jam didesnį manevringumą. Su banginio įkvėptu dizainu tobulinti menčių sprendimai jau pasirodo kaip tylesniai ir efektyvesni pramoniniai ventiliatoriai, kompiuterių aušintuvai ir vėjo generatoriai, nors kol kas dar ne lėktuvų sparnuose.
Kalbant apie lėktuvus, skrydžio istorija labai daug laimėjo atidžiai stebint gamtos skraiduolius. Savo apie 1505 m. „Paukščių skrydžio kodekse” menininkas ir inžinierius Leonardo da Vinčis žinomas kaip tyrėjas, studijavęs paukščius kurdamas skraidymo mašinas. Nė vienas jo sukonstruotas dizainas nebuvo sėkmingas. Tačiau broliai Wrightai, toliau tyrinėdami paukščių sparnų struktūrą, 1903 m. pabaigoje pasiekė sėkmę. Jiems tai pavyko, nes buvo atkaklūs, nepailstantys eksperimentuotojai, kruopščiai fiksavę rezultatus, šviesūs ir novatoriškai mąstantys bei itin didelį dėmesį skyrusieji saugumui. Jiems priskiriamas pirmasis „ilgalaikis, valdomas, varomas, sunkesnis už orą, pilotuojamas skrydis”.
Be aviacijos (pats šis žodis yra pagarbos gestas lotyniškai paukščių pavadinimui Avis) ir menčių bei elektroninių grandinių, biomimetikos arsenale yra tūkstančiai išradimų – sprendimų ar strategijų, įkvėptų biologinių sistemų. Tarp garsiausių – velcro, purvo nepritraukiantys dažai, kulkiniai traukiniai su ilgomis susmailintomis nosimis, pastatai, suprojektuoti pagal termitų piliakalnių vėdinimo principą, atsparios lūžimui medžiagos, tvirtos skaidulos, geresni vožtuvai, stipresni klijai, greitesnės plaukimo kostiumas – ir sąrašas tęsiasi toliau.
Dabar turiu keletą pastabų ir komentarų apie „milijonus metų lauko tyrimų” ir „genialius” dizaino sprendimus. Atrodo, kad mokslininkai nepastebi akivaizdaus intelekto poreikio tokių sistemų kilmei paaiškinti.
Pirma, dizaino požymiai yra akivaizdūs ir visuotinai pripažįstami. Klausykite Janine Benyus, rašančios 6-ame savo knygos „Biomimikracija” puslapyje:
„Mūsų išradingiausios architektūrinės sijos ir skersiniai jau seniai naudojami vandens lelijų lapuose ir bambuko stiebuose. Mūsų centrinį šildymą ir oro kondicionavimą pranoksta termitų bokšto pastovi 86 laipsnių F temperatūra. Mūsų slaptingiausias radaras yra kurčias, palyginti su šikšnosparnio daugiadažniu signalu. O mūsų naujosios „išmančiosios medžiagos” negali lygintis su delfino oda ar drugelio proboscidu. Net ratas, kurį visada laikėme išskirtinai žmogaus išradimu, buvo aptiktas mažytame sukamajame variklyje, kuris varo seniausių pasaulio bakterijų žgūtą.” [4]
Ir dar viena ištrauka iš 132-o puslapio, kurioje dr. Benyus rašo apie voro šilką:
„Lyginant uncija su uncija su plienu, voro šilkas yra penkis kartus stipresnis, o palyginti su Kevlaru (naudojamu kulka neperšaunamuose liemenėse) – daug atsparesnis smūgiams, galintis absorbuoti penkis kartus didesnę smūgio jėgą neperlūžęs. Be to, kad yra labai stiprus ir atsparus, jis taip pat pasižymi dideliu elastingumu – reta savybių kombinacija bet kokiai medžiagai. Jei ant plieninio ir šilkinio vielos to paties skersmens palaipsniui kabintume vis sunkesnius svorius, jų lūžimo taškas būtų maždaug vienodas. Tačiau jei papūstų audros stiprumo vėjas, šilko siūlas (penkis kartus lengvesnis) padarytų tai, ko plienas niekada negalėtų – ištįstų 40 procentų ilgiau nei jo pradinė ilgis ir atsistatytų atgal lyg naujas.”
Antra, didžioji dalis biomimikracijos literatūros daro prielaidą, kad puikūs gamtos dizaino sprendimai ir aplinkai draugiški, netaršūs, tvarūs procesai atsirado natūralistinės evoliucijos būdu per ilgus laikotarpius. Štai citata iš „Apie mus” puslapio:
„Gamtoje, jei dizaino strategija nėra veiksminga, jos nešėjas žūsta. Gamta tikrina strategijas jau 3,8 milijardo metų. Biomimikracija padeda jums studijuoti sėkmingas išgyvenusiųjų strategijas, kad galėtumėte klestėti savo rinkoje, lygiai taip, kaip šios strategijos klestėjo savo buveinėje.” [5]
Ir dar viena citata iš Yosefo Bar-Coheno, iškalbingo biomimetikos atstovo:
„Gamtos evoliucija per 3,8 milijardo metų lėmė itin veiksmingas ir energetiškai efektyvias biologines sistemas. Šių sistemų mėgdžiojimas atveria didžiulį potencialą gerinti mūsų gyvenimą ir naudojamus įrankius.” . . . „Gamta yra didžiausia laboratorija, kuri kada nors egzistavo ir egzistuos, ir savo evoliucijoje ji išbandė kiekvieną mokslo ir inžinerijos sritį, sukurdama gerai veikiančius išradimus. Gamta „eksperimentavo” su įvairiais savo iššūkių sprendimais ir tobulino sėkmingus sprendimus… evoliucijos būdu gamta, arba biologija, eksperimentavo su fizikos, chemijos, mechaninės inžinerijos, medžiagų mokslo, judėjimo, valdymo, jutiklių ir daugelio kitų sričių, kurias atpažįstame kaip mokslą ir inžineriją, principais.” [6]
Trečia, be neįsivaizduojamai ilgų tariamų laikotarpių, vyko eksperimentavimas ir atranka to, kas veikė. Ir tai ne tik veikia – tai yra puikus, elegantiškas dizainas.
Klausykite dr. Alexo Chino, kalbančio apie fotosintezę:
„Biologija išvystė nepaprastai subtilias sistemas, skirtas nukreipti šviesos energiją ir nukreipti ją į reikiamas vietas. Ji taip pat tapo neįtikėtinai gera kuriant mažyčius įrenginius, veikiančius dideliu efektyvumu, ir dauginant juos milijonus kartų.” [7]
Ir dar vienas tipiškas straipsnis pavadinimu „Puikus bio-dizainas” iš webecoist:
„Stebėjimo kameros danguje plasnoja sparnais kaip paukščiai ir šikšnosparniai. Mažyčiai plaukeliai ant gekono kojų padeda robotui kopti lygia vertikalia paviršiumi. Smūgiams atspari žmogaus dantų paviršiaus struktūra įkvepia lengvas ir patvarias kosmoso medžiagas. Lygiai kaip jūros įkvėpti dizaino sprendimai, vabzdžius mėgdžiojantys išradimai ir pastatai, primenantys natūralų kraštovaizdį, šie 14 biomimikracijos pavyzdžių, pagrįstų gyvūnų ir žmogaus biologija, išnaudoja nepalyginamą gamtos efektyvumą.” [8]
Kai skaitau šiuos tekstus, turiu prisipažinti – mano širdis prisipildo dėkingumo ir pagarbos Kūrėjui, kuris apgalvojo ir sukūrė šį akivaizdžiai neprilygstamą, genialų, fenomenalų dalyką, aprašomą šiuose puslapiuose. Kiekviename lygyje, kurį pasirenku tyrinėti, matau nuostabią tvarką ir neišmatuojamą struktūros sudėtingumą, taip pat tvarius, aplinkai draugiškus, ciklinius, sąveikaujančius, kitiems tarnaujančius procesus – nuo nano iki makro ir net mega masto. Ir neišvengiama tiesa yra ta, kad visi, nepriklausomai nuo tikėjimo pozicijos, atpažįsta ir vertina nuostabius dizaino sprendimus bei tvarius procesus. Kai žmogus pasirenka atidžiai studijuoti biologines sistemas, visada pasijunta priblokštas jų grožio ir elegancijos.
Neabejotinai biomimetika yra jaudinanti ir vaisinga tyrimų sritis. Entuziazmas juntamas visoje biomimetikos literatūroje. Labai gerbiu tuos genialius inžinierius ir biomimetikos biologus, kurie atkakliai užsiima biologinių sistemų atvirkštine inžinerija. Darbas yra sunkus. Sudėtingumas toks didelis, kad neįmanoma iki galo išsiaiškinti nė vienos istorijos. Todėl jiems lieka fragmentai – atrandami fragmentai, suprantami fragmentai. Jie dirba su dalimis ir gabalėliais, kurie yra žmogiškai atkuriami gamtos elegantių struktūrų ar procesų komponentai. Ir remdamiesi tais atradimais, jie padeda spręsti žmonių problemas, darydami gyvenimą ir lengvesnį, ir ekologiškesnį.
Kartais susimąstau, kaip jie jaučiasi. Atvirkštinė inžinerija paprastai reiškia, kad kažkas jau buvo čia ir tai padarė gerokai prieš tave. Šiuo atveju elegantiška sistema tariamai buvo sukurta per aklius, beprasmius atsitiktinumo procesus per neįsivaizduojamai ilgus laiko tarpus. Ar tai nėra situacija, kai mąstantis protas mokosi iš bepročio? Bet kuriuo atveju mokslininkas lieka besivejantis. Arba kažkas buvo protingesnis ir greitesnis, arba begalinis atsitiktinumo procesas spėjo pirmiau. Įdomu, ar jie kada nors pastebi aiškius Dievo pirštų atspaudus.
Kiekvieną kartą, kai grįžtu prie Jobo 12:7–13, man atrodo, kad tai yra biomimetikos kalba. Ar biomimetikos mokslas gali siekti tokius laikus? Klausykite Jobo ir įvertinkite, ar tai neskamba kaip Janine Benyus ar Yosefo Bar-Coheno žodžiai: „Paklausk gyvulių – jie tave pamokys, paklausk dangaus paukščių – jie tau pasakys; arba kalbėk su žeme – ji tave pamokys, arba tegul tau praneša jūros žuvys.” Klausiu jūsų: ar tai nėra biomimetikos esmė? Tuomet Jobo išvada yra aiškiai kitokia tikėjimo pozicija nei daugumos biomimetikos inžinierių. Dauguma pasirenka priimti Darvino evoliuciją kaip genialų dizainerį, didįjį eksperimentuotoją. Aš verčiau renkuosi Jobo pusę. Klausykite dabar jo išvados, leidžiančios suprasti, kad nejautrūs gyvūnai ir net pati žemė žino akivaizdų atsakymą: „Kas iš visų jų nežino, kad Viešpaties ranka tai padarė? Jo rankoje – kiekvieno kūrinio gyvybė ir visų žmonių alsavimas.”
Apaštalas Paulius tiesiogiai kalba apie šiuos klausimus savo laiške romiečiams. Paulius nevingiuoja žodžiais, sakydamas: „Dievo rūstybė atsiskleidžia iš dangaus prieš visą žmonių bedievystę ir nedorybę, prieš tuos, kurie tiesą laiko surakintą nedorybėje, nes tai, kas gali būti žinoma apie Dievą, jiems yra aišku – pats Dievas jiems tai apreiškė. Juk nuo pat pasaulio sukūrimo Jo neregimosios savybės – Jo amžinoji galybė ir dieviškumas – aiškiai suvokiamos iš Jo kūrinių, taigi jie neturi jokio pasiteisinimo. Nes pažinę Dievą, jie nešlovino Jo kaip Dievo ir Jam nedėkojo, bet jų mintys tapo bergždžios ir neišmananti jų širdis apniuko.” Romiečiams 1:18–21.
Tiesa yra ta, kad Dievas sukūrė viską, kas yra (Efeziečiams 3:9, Kolosiečiams 1:16), štai kodėl: „Vertas esi, mūsų Viešpatie ir Dieve, priimti šlovę, garbę ir galybę, nes Tu sukūrei visus dalykus ir Tavo valia jie buvo sukurti ir egzistuoja.” Apreiškimo 4:11.
Tolesniam studijavimui:
Puikios knygos apie biomimetiką
Allen, Robert (red.). 2010. Bulletproof Feathers: How Science Uses Nature’s Secrets to Design Cutting-Edge Technology („Kulka neperšaunamos plunksnos: kaip mokslas naudoja gamtos paslaptis kuriant pažangiausias technologijas”). University of Chicago Press.
Bar-Cohen, Yoseph. 2005. Biomimetics: Biologically Inspired Technologies („Biomimetika: biologiškai įkvėptos technologijos”). CRC Press.
Bar-Cohen, Yoseph. 2011. Biomimetics: Nature-Based Innovation („Biomimetika: gamta pagrįstos inovacijos”). CRC Press.
Benyus, Janine M. 2002. Biomimicry: Innovation Inspired by Nature („Biomimikracija: gamtos įkvėptos inovacijos”). 2-asis leidimas. William Morrow Paperback.
Biomimikracijos strategijų ir pavyzdžių sąrašai:
Iš Ask Nature: http://www.asknature.org/
Iš Biomimikracija 3.8: http://biomimicry.net/about/biomimicry/case-examples/
Iš Mother Nature Network: http://www.mnn.com/earth-matters/wilderness-resources/photos/7-amazing-examples-of-biomimicry/copying-mother-nature
Iš Jeremy Eddy: https://files.eric.ed.gov/fulltext/ED490541.pdf
Iš Brainz: http://brainz.org/15-coolest-cases-biomimicry/
Iš Treehugger: http://www.treehugger.com/clean-technology/nature-inspired-innovation-9-examples-of-biomimicry-in-action-slideshow.html
Iš Kembridžo universiteto Phys.org: http://phys.org/news/2013-10-nature.html
Literatūros šaltiniai:
[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, Bostonas, 1969 m. rugpjūčio 29 d. – rugsėjo 3 d., Santraukos, p. 297.
[3] F. E. Fish ir J. J. Rohr. 1999. Review of Dolphin Hydrodynamics and Swimming Performance. Technical Report 1801. SPAWAR System Center San Diego.
[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/
David Steen, daktaras Andrews universitetas (emeritas)
