A tépőzáttól a golyóvonatokig a természet inspirálta az emberi innováció lenyűgözőbb látványosságait. Ezen a nyáron egy rákszerű, víz alatti robot, amelyet a koreai tudósok fejlesztettek ki, ősi tárgyakat keresnek a Sárga-tengeren. A drogok a madarak és a méhek repülési mozgásait utánozzák. És biomimetikus jövőnk fényesnek tűnik.
Egy maroknyi kutató forró most egy új alkotás, a szintetikus bőr sarkában.
A tengeri állatok a bőrüket használják a navigációhoz és a környezetük túléléséhez. A hideg vizekben élő delfineknek vastag a bőre, hogy szigeteljék testüket és melegen maradjanak. A polipok balekkal bélelt bőre nemcsak idegeket tartalmaz milliókat, amelyek segítenek a ragadozók érzékelésében és megragadásában, hanem egyedülálló színváltoztató sejtekbe ágyazva, amelyek láthatatlanná teszik őket a ragadozók számára. A hosszúszárnyú bálnák mellbimbóin elhelyezkedő dudorok növelik az állat úszóképességét. Tehát a tudósok látják a potenciált.
A 3D nyomtatás és a számítógépes modellezési technológia felhasználásával a kutatók mesterséges, de valósághű tengeri állati bőrt fejlesztenek ki az antimikrobiális ajtófogantyúktól kezdve a víz alatti robotokig. George Lauder, a bostoni Harvard Egyetem ichtiológusa és csapata kifejlesztette az első valódi mesterséges cápabőrét egy csúcsminőségű 3D nyomtató segítségével.
A korábbi kísérletek gumi formákat és szövettel foglalkoztak, és a kutatók küzdenek az anyag gyártásában, mind puha, mind kemény alkotóelemekkel. A cápabőr ihletésű fürdőruhák a 2008-as olimpián csillogtak, de Lauder kutatócsoportja valójában azt találta, hogy a Speedo's Fastskin II-hez hasonló ruhadarabok nem igazán utánozzák a cápabőrét, és nem csökkentik a húzódást, mert hiányzik a fogtechnika.
A cápák nagy sebességgel tudnak úszni az óceánvizekön keresztül az apró, fogszerű foghéjak révén, amelyek selymes bőrüket fedik le. "Ez nagyon kritikus tulajdonsága a cápabőrnek az úszás közbeni teljesítménye szempontjából" - mondja Lauder. Azt gondolnánk, hogy a sima bőr jobb a sebességnél. De hozzáteszi: "Valójában jó durva lenni, ha van egy bizonyos durva felülete, ha a lehető leghatékonyabban kíván átjutni folyékony környezetben, vízen vagy levegőn."
Mikro-CT szkenner segítségével a Lauder csapata beolvasta a mako cápa tényleges bőrét. A szkennelés alapján 3D modellt készítettek, és elküldték a modellt egy 3D nyomtatóra, amely műanyag polimer anyagot készített lágy alappal, kemény fogfog-szerű szerkezetekkel borítva. A végterméknek a cápabőr homokosképes érzése van. A laboratóriumi laboratóriumi tartályban a kutatók kipróbálták a mesterséges bőrt, és megállapították, hogy az sebesség 6, 6 százalékkal növekedett, és 5, 9 százalékkal csökkentette az energiafelhasználást, összehasonlítva a fogak nélküli sima műanyag uszonyokkal.
A makócápa fején található fogsorminták nagyított képe. (Kép: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver és George Lauder) 
A fogak a cápa fején. (Kép: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver és George Lauder) Cápauszonyok (kép: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver és George Lauder) 
Fogászati minták a mako-cápa törzsén (kép: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver és George Lauder) "Ha elkészíthet olyan fürdőruhát, amelynek cápabőr foghéja vagy mérlege van olyan rugalmas felületen, amelyet viselni lehet, és viszonylag hasonló volt egy teljes testű nedves öltönyhöz, az valóban javítja az úszási teljesítményt" - mondja Lauder. De ez az új anyag még nem áll készen a főműsoridőre. "Jelenleg nagyon, nagyon nehéz lenne ilyen típusú szerkezetet beépíteni bármilyen anyagba" - teszi hozzá. Ez egy nagy teljesítmény a következő évtizedben.
A cápabőr jellegű anyag védelmi vonalként szolgálhat a biofouling, illetve az algák és a hercegnők felhalmozódása ellen a hajók fenekén is. A legtöbb lerakódásgátló festék mérgező, tehát a mesterséges cápabőr környezetbarát alternatívát jelenthet. 2005-ben a németországi kutatók a cápabőr ihletésével olyan szilikon anyagot fejlesztettek ki, amely 67% -kal csökkentette a csíraszennyeződést. Aztán, 2008-ban, Anthony Brennan mérnök hasonló megközelítést alkalmazott, Sharklet nevű anyagot hozva létre, amelynek fogakhoz hasonló textúrája van és megakadályozza az algák normál tapadását sima felületeken. A Sharklet-et orvostechnikai eszközökre és kórházi felületekre is felvitték. A kórházakban és akár a nyilvános fürdőszobákban a baktériumok könnyen terjedhetnek emberről emberre, így az ajtógombok és berendezések bevonása olyan anyagba, amely ellenáll a baktériumoknak, csökkentheti a fertőzéseket.
Az észak-karolinai Duke Egyetem kutatói kifejlesztettek egy olyan anti-szennyeződést gátló anyagot is, amely megrándul vagy ráncol, mint például az állati bőr (ebben az esetben a legjobb analógia lehet a ló remegésével lógó ló). A Londoni Imperial College másik csoportja megkísérel létrehozni egy csőanyagot, amely mikroszkopikus dudorokkal és vegyi anyagokkal van bélelt és visszataszítja a vizet - a delfinbőr ihlette.
Tervezési szempontból a cápabőr felhasználható lenne a repülőgép szárnyának energiahatékonyabbá tételére is - egy olyan alkalmazás, amelyet Lauder a jövőben hasznosnak bizonyít. A fogsor-szerű struktúráknak a síkokhoz való hozzáadása csökkentheti a húzódást. Hasonlóképpen, a bálna mellbimbója már inspirálta a helikopter szárnyát.
Ezeknek az anyagoknak talán a legizgalmasabb felhasználása a bio-ihlette víz alatti robotok fejlődő területén rejlik. "Új típusú víz alatti robotok lesznek, amelyek rugalmas hajlítótesteivel rendelkeznek, és úgy mozognak, mint egy hal" - mondja Lauder. Számos akkumulátorral működő halrobot működik, és logikusan: hamis cápabőr hozzáadása növeli a sebességet és az energiahatékonyságot. Lauder és csapata egy hal Roboton együttműködik a Philadelphiai Drexel Egyetem kutatóival. Azóta kibővítették bőrmechanikai tanulmányukat, hogy megismerjék a különféle halfajokat is, és megvizsgálják, hogy a különböző méretarányú formák és minták hogyan befolyásolják az úszást.
A 3D-s nyomtatás révén a tudósok még többet megtudhatnak arról, hogy a halak fogazatának vagy méretarányának hatása hogyan hat az úszásra. „Meg lehet változtatni a [fogak] távolságát; megteheti őket kétszer olyan távolságra. Összefűzheti őket, egymást átfedővé teheti, hogy egymásba ne fedje egymást, és sok változtatást végezhet el, hogy valóban elcsússák a cápabőr legfontosabb jellemzőit ”- mondja Lauder. Ezek a kísérletek segítik a tudósokat a mesterséges bőr tökéletesítésében.
"Jelenleg egy gyorsan növekvő terület" - mondja George Jeronimidis, az Egyesült Királyságban a Readingi Egyetem mérnöke. "Most kezdjük megérteni, hogy a tengeri élőlények integrált és funkcionális bőre van."
A Jeronimidis laboratóriumában kifejlesztett mesterséges polipbőr. A polipbõrnek megvan a maga komplexitása: puha, rugalmas és milliónyi szenzoros idegsejttel van ellátva, amelyek segítenek a szervezetnek a környezetében navigálni. A mérnök szintetikus változata szilikongumiba ágyazott nejlonszálakból áll, amelyek rugalmasan tartják a bőrt, de szakadásállóak. Még szopókkal is rendelkezik, bár ezek passzívak - egy igazi polip képes minden balekot külön-külön manipulálni.
Bár még sok tennivaló van, a jövőben a víz alatti robotok megkaphatják a cápa sebességét vagy a polip érzékelő intelligenciáját. És a kifinomult mesterséges bőrrel vállalkozhatnak, ahol az emberek nem tudnak - az olajszivárgás homályos vizein való navigálástól a repülőgép roncsok kereséséig az óceán legmélyebb felfedezéséig.
