Od velcroa do vozova sa metkovima priroda je nadahnula neke od najimpresivnijih podviga ljudske inovacije. Ovog ljeta podvodni robot nalik na rakove, koji su razvili korejski znanstvenici, tražit će drevne artefakte u Žutom moru. Dronovi oponašaju kretanje ptica i pčela u letu. A, naša biomimetička budućnost izgleda svijetlo.
Nekoliko istraživača vruće je za novom kreacijom: sintetičkom kožom.
Morske životinje koriste svoju kožu kako bi pomogle u kretanju i preživljavanju svog okoliša. Delfini koji žive u hladnim vodama zapravo imaju debelu kožu da izoliraju tijela i ostanu topli. Koža oboljelih podočnjaka ne sadrži samo milijune živaca koji im pomažu da shvate plijen, već je ugrađena u jedinstvene stanice koje mijenjaju boju koje ih mogu učiniti nevidljivim grabežljivcima. Kožne izbočine koje postavljaju prsne peraje grbavih kitova povećavaju uzgoj životinje. Znači, znanstvenici vide potencijal.
Koristeći tehnologiju 3D ispisa i računalnog modeliranja, istraživači razvijaju umjetnu, ali realističnu kožu morskih životinja za upotrebu u svemu, od antimikrobnih kvaka na vratima do podvodnih robota. George Lauder, ihtiolog sa Sveučilišta Harvard u Bostonu, i njegov tim razvili su prvu pravu umjetnu kožu morskih pasa uz pomoć vrhunskog 3D printera.
Prethodni pokušaji uključivali su gumene kalupe i tkaninu, a istraživači su se borili za proizvodnju materijala s mekim i tvrdim dijelovima. Kupaći kostimi nadahnjeni morskim psima napravili su plod na Olimpijskim igrama 2008. godine, ali Lauder-ov istraživački tim zapravo je otkrio da materijal u odijelima poput Speedovog Fastskin II-a zaista ne oponaša kožu morskog psa ili smanjuje povlačenje, jer joj nedostaje zubar.
Morski psi mogu plivati velikim brzinama kroz oceanske vode zahvaljujući sitnim, zubima nalik zubima koji prekrivaju njihovu svilenu kožu. "To se pokazalo vrlo kritičnim obilježjem performansi kože morskih pasa tijekom plivanja", kaže Lauder. Čovjek bi pomislio da je glađa koža bolja za brzinu. Ali, dodaje, "zapravo je dobro biti grub, imati hrapavu površinu određene vrste kada se želite kretati kroz fluidno okruženje, vodu ili zrak što je moguće efikasnije."
Pomoću mikro-CT skenera, Lauder-ov tim skenirao je stvarnu kožu mako-morskog psa. Od skeniranja su napravili 3D model i poslali ga na 3D pisač, koji je napravio plastični polimerni materijal s mekom bazom prekrivenom tvrdim strukturama nalik denticima. Krajnji proizvod ima pljeskavi osjećaj kože morskih pasa. U spremniku u svom laboratoriju, istraživači su testirali umjetnu kožu i otkrili da je povećala brzinu za 6, 6 posto i smanjila potrošnju energije za 5, 9 posto u odnosu na glatku plastičnu peraju bez zubnog prostora.
Visoko uvećana slika uzoraka zuba pronađena na glavi morskog psa. (Slika: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver i George Lauder) 
Zubi na glavi morskog psa. (Slika: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver i George Lauder) Zubi za peraje morskog psa (Slika: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver i George Lauder) 
Uzorci zuba na prtljažniku mako-morske pse (Slika: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver i George Lauder) "Ako biste mogli napraviti kupaći kostim koji ima strukturu zuba na koži morskog psa ili ljuskice na fleksibilnoj površini koju možete nositi i koji je relativno poput hidrauličnog odijela za cijelo tijelo, stvarno bi poboljšao vaše plivanje", kaže Lauder. Ali, ovaj novi materijal nije baš spreman za premijeru. "Bilo bi vrlo, vrlo izazovno u ovom trenutku ugraditi takvu strukturu u bilo koju vrstu tkanine", dodaje. To je podvig za naredno desetljeće.
Materijal nalik na morsku psu može poslužiti i kao obrana od biološkog obrastanja ili nakupljanja algi i barnaka na dnu brodova. Većina boja protiv obraštanja je otrovna, pa bi umjetna koža morskog psa mogla pružiti ekološku alternativu. U 2005. godini, istraživači u Njemačkoj razvili su silikonski materijal, inspirisan kožom morskog psa, koji je smanjio naseljenost baraka za 67 posto. Potom je 2008. godine inženjer Anthony Brennan sličan pristup uzeo, stvorivši materijal nazvan Sharklet koji ima teksturu nalik na stomatologiju i sprečava 85 posto normalnog prianjanja algi na glatkim površinama. Sharklet se također primjenjuje na medicinske uređaje i bolničke površine. U bolnicama, pa čak i u javnim kupaonicama, bakterije se mogu lako širiti s osobe na osobu, tako da prevlačenje ovih vrata i opreme u materijal koji odolijeva bakterijama može umanjiti infekcije.
Istraživači sa Sveučilišta Duke u Sjevernoj Karolini također su razvili materijal protiv obraštanja koji trza ili mršti poput životinjske kože (u ovom slučaju, trzanje konja dodirom muha može biti najbolja analogija) kada se stimulira. Druga grupa na Imperial College Londonu pokušava stvoriti materijal za cijevi obložen mikroskopskim izbočinama i kemikalijama koje odbijaju vodu - nadahnute kožom delfina.
Iz dizajnerske perspektive, koža morskog psa mogla bi se koristiti i za postizanje energetski učinkovitijih krila aviona - što Lauder u budućnosti predstavlja kao korisno. Dodavanje građevina nalik na zublje u zrakoplove moglo bi umanjiti povlačenje. Uz slične crte, kitove peraje kitova već su inspirirale dizajn krila helikoptera.
Možda najuzbudljivija uporaba ovih materijala nalazi se u razvoju u području bio-nadahnutih podvodnih robota. "Nabavit ćemo nove vrste podvodnih robota koji imaju fleksibilna savijajuća tijela koja se kreću poput ribe", kaže Lauder. Nekoliko ribljih robota s pogonom na baterije rade i logično je da bi im dodavanje kože od lažnih morskih pasa moglo povećati brzinu i energetsku učinkovitost. Lauder i njegov tim surađuju s istraživačima na Sveučilištu Drexel u Philadelphiji na ribarskom robotu. Oni su od tada proširili studiju mehanike kože kako bi pretražili i razne vrste riba i vidjeli kako različiti oblici i obrasci utječu na plivanje.
Pomoću 3D ispisa znanstvenici će moći naučiti još više o tome kako uzorci zuba ili razmjera na ribama utječu na plivanje. „Možete promijeniti razmak [na zubima]; možete ih dvostruko rastaviti. Možete ih namamiti, učiniti da se preklapaju, učiniti da se ne preklapaju i napraviti mnogo promjena kako bi se zapravo razdvojile ključne značajke kože morskog psa “, kaže Lauder. Ovi će eksperimenti pomoći znanstvenicima da usavrše umjetne kože.
"Ovo je polje koje se trenutno brzo razvija", kaže George Jeronimidis, inženjer sa Sveučilišta Reading u Velikoj Britaniji "Tek počinjemo shvaćati koliko je koža morskih bića integrirana i funkcionalna."
Jeronimidisov laboratorij razvio je umjetnu kožu hobotnice. Koža hobotnice ima svoj niz složenosti: meka je, fleksibilna i ispunjena milionima senzornih neurona koji pomažu organizmu da se kreće u svom okruženju. Sintetička inačica inženjera sastoji se od najlonskih vlakana ugrađenih u silikonsku gumu koja održavaju kožu fleksibilnom, ali otpornom na suze. Čak ima sisa, iako su pasivni - prava hobotnica može manipulirati svakom sisu pojedinačno.
Iako je pred nama još puno posla, u budućnosti bi podvodni roboti mogli biti obdareni brzinom morskog psa ili senzornom inteligencijom hobotnice. A s sofisticiranom umjetnom kožom mogli bi se odvažiti tamo gdje ljudi ne mogu - od kretanja kroz mutne vode izlijevanja nafte do pretraživanja olupine aviona do možda čak i istraživanja najdubljih dubina oceana.
