ANNONSE

VITENSKAP

Naturlig konstruert

Tekst: Kjetil Johansen


Publisert: 27.08.2013

LURE KUBER: Honningbienes kuber har vist biomimetikk-forskerne hvordan de kan utvikle en ny type solceller. (FOTO: Tomasz Wojtasik / PAP / NTB scanpix)


Ingeniørkunsten er i ferd med å bli helt «naturlig». Forskere og konstruktører kopierer i økende grad naturens egne løsninger. Det kalles biomimetikk.

Det er en trend som blir ­stadig mer merkbar i nyhets­rapporteringen fra forskningsfronten: Påfallende mange nyvinninger er inspirert av spesielle egenskaper hos planter og dyr.

Denne våren har forskere for eksempel funnet ut hvordan de kan fange blodsugende vegge­dyr ved å kopiere bladene til kidney­bønnene. Andre har ­presentert en ny type solceller, basert på honningbienes kuber. Eller ­jobber med å kopiere flygeteknikken til ugler. Ugler lander nemlig nesten lydløst, for ikke å skremme vekk byttet.

Tilnærmingen kalles ­gjerne biomimetikk. Man lar seg ­inspirere av hvordan naturen har løst utfordringene, og kopierer disse løsningene.

Nanoteknologi

– Dette har kommet veldig de siste tre-fire årene. Biomimetikk er et stort internasjonalt tema. Det ­arrangeres mange ­konferanser, og det dukker stadig opp nye forsknings­institutter som har ­ordet «biomimetics» eller ­lignende i navnet. Det er en av de viktigste trendene akkurat nå, sier ­Christian Thaulow. Han er professor ved ­Institutt for produkt­utvikling og materialer ved NTNU.

Thaulow påpeker at trenden kommer parallelt med ­utvik­lingen innen nano­teknologi. Det er ikke tilfeldig:

– Med nanoteknologien kan vi bygge strukturene fra grunnen av med atomisk modellering. Da blir det også mulig å kopiere ­naturens grunnsteiner, så å si. Og nano­teknologien gjør ikke bare at vi kan kopiere naturen, men også at vi kan forstå ­mekanismene som ligger til grunn for hvordan naturen løser ting.

Få komponenter

Professor Pawel Sikorski, som leder bionanoteknologi­gruppen ved Institutt for fysikk ved NTNU, utdyper:

– Naturen klarer å lage veldig avanserte ting med utgangspunkt i et veldig begrenset ­utvalg av materialer og komponenter. Det er snakk om både konstruksjons­messig og materialmessig ­avanserte løsninger.

Den viktigste grunnen til at naturen lager gode løsninger, er at den bygger fra bunnen av i nanoskala. Det er dette forskerne også forsøker på.

– Hvis man kan konstruere sammensetninger fra det aller minste nivået, kan man også lage unike egenskaper, sier Sikorski.

Hardt + mykt = sant

I fjor lyktes Sikorskis forsker­gruppe med å utvikle et ­materiale som bygger på samme prinsipp som naturens beinvev. Det ­kunstige materialet har vist seg å være kompatibelt med ­menneskelige stamceller, noe som i et lengre tidsperspektiv kan være godt nytt for folk med beinskjørhet.

Beinvev er for øvrig et av de mest interessante naturlige ­materialene.

– Det kombinerer flere egenskaper på én gang. Det er både sterkt og lett. Her kan vi studere en annen av naturens løsninger: Den liker ofte å kombinere et hardt lag, ofte basert på kalsiummineraler eller silisium, med et mykt lag, basert på protein eller karbohydrater, sier Thaulow.

Det avgjørende for material­egenskapene er at størrelsen på disse lagene er på nano­skala. Dette er egenskaper som kan kopieres, for eksempel innen morgen­dagens bygge­materialer.

– Ser du for deg at ­protein ­finner veien inn i bygge­materialene?

– Nei, ikke direkte. I første ­omgang vil det være plast­materialer som har proteinets plass, men det kan endre seg. Og husk på at naturen har en tredje ting som vi i dag mangler i våre materialer: Naturen er levende! Den kan fornye seg selv.

– Så i framtiden kan vi få ­«levende» hus?

– Ja, men ikke kall det levende. Det gir kanskje feil assosiasjoner. Men vi kan få materialer som reagerer og reparerer seg selv.

Det klassiske eksempelet

Det klassiske eksempelet på biomimetikk er borre­låsen, som ble oppfunnet av den sveitsiske ingeniøren George de Mestral i 1941. Han la merke til hvordan enkelte frø klistret seg fast på klær og dyrepels. ­Frøene var piggete, men med kroker i stedet for spisser. De ­Mestral kopierte prinsippet og kalte det nye materialet for velcro – en kombinasjon av de franske ordene ­«velour» («fløyel») og «crochet» («krok»).


Potensial i alger

SOLBIOPTA er et forskningsprosjekt ved NTNU der man studerer om alger kan bli morgendagens solceller. Foruten solcelle-egenskapene viser det seg at algene også har fremragende mekaniske egenskaper. Derfor kan algene inspirere forskerne til å kombinere flere funksjoner i samme ­konstruksjon. For eksempel kan algene kanskje både holder en konstruksjonen sammen og generere energi.

– Alger er veldig sterke. Og de er fulle av hull. Noe som gjør dem veldig lette. Det er ikke utenkelig at fremtidens transportløsninger er basert på slike lette, hullete materialer, sier professor Christian Thaulow. 

Gruppen hans samarbeider med forskere ved MIT i USA.

– En alge har typisk fire lag, men det er ikke alle disse lagene som er avgjørende for styrken. Det vi vil finne ut, er funksjonen til hvert lag, og hvilket lag som er det sterke. Deretter ønsker vi å kopiere strukturen i det laget.

Når vi kan forvente et praktisk anvendelig gjennombrudd for denne forskningen, kan ikke professoren si noe om. 


Meitemark til inspirasjon

Professor Christian Thaulow er spesielt begeistret for meite­marken. Eller snarere hvordan den beveger seg.

– Det er genialt. Marken beveger bare én liten del av gangen. Og så lar den bevegelsen forplante seg . Det er mye mer energi­besparende enn om den skulle forsøke å bevege hele seg på én gang. 

Thaulow sammenlikner det med å flytte et teppe. Det er veldig tungvint å dra et helt teppe. Men om man gir det den velkjente «bølgen», flytter teppet seg ganske lett.

Meitemark-prinsippet gjenspeiler seg også på atomnivå når vi deformerer eller former materialer: Atomene forflytter seg ett om gangen, med en samordning mellom et ekstremt stort antall atomer. Metoden kalles dislokasjon, og Thaulow forklarer at det er slik naturen gjerne foretrekker å gjøre ting.

– Naturen gjør ting enkelt, sier professoren.


Annonse

© 2019 - Lokalavisen -- Design/layout: Blest.no