Bionica este ştiinţa care studiază funcţiile organismelor vii şi simularea prin mijloace tehnice a acestor funcţii. Stabilirea şi elucidarea unor analogii între sistemele tehnice şi cele biologice a fost şi rămâne o inepuizabilă sursă de inspiraţie în stimularea şi dezvoltarea creativităţii tehnice.
Printre obiectivele cercetării bionice actuale, o atenţie specială este acordată:
- studiului sistemului nervos conceput ca reţea hipercomplexă de senzori;
- studiului organelor senzoriale;
- studiului organelor efectoare. Studiul organelor efectoare şi al proceselor de transmitere a comenzilor către organele efectoare reprezintă o parte esenţială a bionicii. Soluţiile existente în natura vie în acest domeniu sunt extrem de diverse şi ingenioase. Studiul şi imitarea lor este de o inestimabilă utilitate în circumstanţe nenumărate.
- realizarea calculatoarelor pe baza de proteine – electronica moleculară.
Electronica moleculară se ocupă cu construcția unor arhitecturi supramoleculare având la baza molecule biologice – ca de exemplu proteina sau alți polimeri ai viului – pentru realizarea unor ultramicrocircuite logice – semiconductori moleculari – cu funcții de intrare, transmisie, tratare și ieșire a informației. Este o ramură a ciberneticii care se ocupă cu aplicarea principiilor de funcţionare a sistemelor vii în electronică.
Bionica, deși foarte tânără, a fost preconizată de Leonardo Da Vinci, care a studiat zborul păsărilor pentru a-l aplica în construirea primei mașini zburătoare. Tehnologia specifică s-a dezvoltat preponderent în ultimii 200 de ani. Nu are o istorie îndelungată în comparație cu „realizările” naturii, care au evoluat și s-au perfectat în decursul a milioane de ani.
Exemple de invenții „preluate” din natură
Oamenii au admirat întotdeauna invențiile naturii și s-au străduit să copieze și să perfecționeze aceste minuni.
1. Fluturele „ochi de păun” uimește pe savanții, posedând antene care funcționează la fel de precis ca un radar.
2. Floarea soarelui se rotește permanent după Soare.
3. Lumina produsă de animale (bioluminescența), prin reactii intracelulare, prezintă cel mai ridicat randament energetic cunoscut: aproximativ 98% din energia chimică se poate transforma în energie luminoasă.
Substratul biochimic al bioluminiscenţei este, în linii mari, acelaşi la toate aceste forme de viaţă: o substanţă numită luciferină este oxidată (se combină cu oxigenul) reacţia fiind catalizată de o enzimă denumită luciferază. Din reacție se formează oxiluciferina, și se degajă energie sub formă de lumină. Reacţia e probabil mediată de anumite substanţe, numite co-factori, cu mici diferenţe de la o specie la alta, diferenţe încă insuficient cunoscute.
La cele mai multe dintre speciile bioluminiscente, lumina produsă e albăstrie sau verzuie, dar există şi „excentrici” care emit o radiaţie roşie sau infraroşie – precum unele specii de peşti – sau lumină galbenă, ca viermele arin Tomopteris.
În lumea de „deasupra” – mediul terestru – există puţine specii bioluminiscente: insecte (cum sunt binecunoscuţii licurici de la noi – Lampyris noctiluca – şi alte câteva specii de gândaci înzestraţi cu organe luminoase) şi câteva specii de ciuperci, care dau o lucire vagă.
4. Anumite specii cum ar fi porumbeii, sunt călători extraordinari, putându-se orienta în spatiu, lucru pe care omul nu-l poate face fără busolă, GPS, radar sau alte instrumente de navigație.
Porumbelul (Columba palumbus) este o pasăre din familia Columbidae, cea mai larg răspândită în Europa. Poate străbate distanțe de pănă la 1500 de km întorcându-se totdeauna de unde a plecat, dovedind un simț de orientare deosebit.
5. Ochii compuși ai multor insecte dau posibilitatea să vadă fără unghi mort, la 360 de grade. Ochiul albinei vede Soarele și când cerul este înnorat și fotografiază locul unde trebuie să se întoarcă. Ochiul compus al unor insecte, de pildă al albinei şi al libelulei, este alcătuit din numeroase unităţi optice, fiecare fiind îndreptată într-o direcţie diferită.
Oamenii de ştiinţă caută modalităţi de a copia ochiul compus al insectelor pentru a realiza detectori de mişcare de mare viteză şi o nouă generaţie de camere de luat vederi: ultrasubţiri şi multidirecţionale. Aceste dispozitive ar putea avea aplicaţii în diverse domenii, cum ar fi în medicină, pentru examinarea stomacului. O echipă de bioingineri a realizat un ochi compus artificial ce are peste 8 500 de lentile şi măsoară 2,5 mm. Acest dispozitiv însă nu egalează ochiul compus al insectelor. Ochiul libelulei, de pildă, are circa 30 000 de unităţi optice!
Noi, oamenii nu ne naștem cu astfel de abilități, însă cu ajutorul tehnologiei ne putem depăși limitele cu care am fost creați de natură.
Iată câteva exemple de mari realizări ale oamenilor cu ajutorul inspirației venite de la natură:
- Otto Lilienthal și Frații Wright au observat zborul păsărilor mari, iar la construcția prototipurilor aparatelor de zbor au încercat să aplice principiile care permit păsărilor să planeze.
- Parașuta a fost inspirată de sămânța păpădiei, iar winglet-urile de la capătul exterior al aripilor de la avioane au fost inspirate de la anumite specii de păsări răpitoare.
- În domeniul roboticii. s-au realizat roboți cu morfologie asemănătoare păianjenilor, ale căror picioare sunt dotate cu funcții de comandă autonome și astfel în teren dificil sunt superiori unor roboți cu comandă centralizată.
- Cercetarea efectului frunzei de lotus a permis realizarea unor suprafețe care nu pot fi udate sau/și cu proprietăți autocurățătoare.
- Un alt exemplu sunt scai-urile ce mimează fructele de scai, sau cupolele de protecție pentru radar care sunt structuri preluate din natura (Radiolaria).
Bibliografie
1. www.imperial.ac.uk/biomedeng/research/bionics
2. Augustin Ofițeru – „Rolul și locul biotehnologiilor în contextul dezvoltării sustenabile a SSE”, Catedra Unesco-Cousteau
3. Vasile Scorpan, Angela Lozan – Dicționar de termeni biotehnologici, Chișinău, 2005, biosafety.md